专栏名称: 原理
科学,照亮黑暗的蜡烛。
目录
相关文章推荐
宇宙解码  ·  关于水银的10个有趣冷知识,你知道几个 ·  2 天前  
果壳  ·  巧克力不能随便吃,小心吃到…… ·  2 天前  
科普中国  ·  鸡鸣驿——古代通信网络的标本 ·  3 天前  
51好读  ›  专栏  ›  原理

蚊子究竟是怎么找到我们的?

原理  · 公众号  · 科学  · 2024-08-31 21:20

正文




夏天最大的烦恼之一当属 蚊子 。对大多数人来说,被蚊子叮通常只会带来一点小麻烦,但在许多地方, 蚊子却有可能是最为致命的动物


全球有一半人口面临蚊子传播疾病的风险。 臭名昭著的埃及斑蚊 Aedes aegypti 每年传播导致超过一亿例登革热、黄热病、寨卡病和其他疾病的病毒,气候变化和全球旅行也让埃及斑蚊的活动范围远远超出了热带和亚热带国家。而冈比亚按蚊 Anopheles gambia e 则会传播导致疟疾的寄生虫。

雌蚊需要血液供卵发育。它们非常擅长寻找和定位“鲜美食材”。一个多世纪来,人们一直想知道蚊子是如何锁定我们、找到宿主的。


科学家发现,这些机警的小家伙并不依赖于单一的线索。 它们会整合不同距离上的多种感官信息 ,包括我们呼出的二氧化碳、气味、视觉、皮肤的对流热量和身体的湿度等等。但这些线索都有局限性,强风或者人的快速移动的因素都可能让它们丧失追踪能力。


近期的一项新研究发现了蚊子的另一种工具—— 红外探测。在有二氧化碳和人类气味的情况下,来自与人类皮肤温度大致相同的红外辐射,可以让它们寻找宿主的整体行为翻倍 。他们还发现了这种红外探测器的位置以及形态和生化水平上的原理。研究已发表在《自然》上。



热红外的引导


热量是蚊子的重要线索之一。在几厘米的范围内,这些动物可以通过热对流 (热量被空气等介质带走) 探测到我们皮肤散发的热量。一旦它们落下来,就能通过传导 (热量通过直接接触传递) 直接感知皮肤的温度。


然而,当热能转化为电磁波 (通常是光谱中的红外范围) 时,还能传播得更远。蝮蛇等不少动物都可以感知猎物发出的红外线。


科学家很早就怀疑蚊子也有同样的能力。但先前的研究都没有观察到热红外对蚊子行为的影响。新研究推测,这可能因为早先的尝试大多仅仅提供了红外信号,而没有其他线索。但情况或许是,任何单一的线索都不会刺激蚊子寻找宿主。


新实验中,研究人员把雌蚊关在笼里,在两个区域测量它们寻找宿主的活动。每个区域都暴露在人类气味和呼气水平的二氧化碳中。一个区域还增加了来自皮肤温度源的红外辐射。辐射源与实验室之间有一道屏障,防止通过传导和对流进行热交换。


我们的皮肤温度大约34摄氏度。他们发现,加入这个温度的热红外后, 蚊子寻找宿主的活动增加了一倍 。红外辐射在大约70厘米的范围内仍然有效。这也证实了, 只有在高浓度二氧化碳和人类气味等其他线索的背景下,红外线才会产生作用



感应红外的窍门


接下来的问题是,蚊子是如何进行探测的?


红外线的能量太低,无法激活动物眼睛里那些探测可见光的视紫红质。事实上,波长超过700纳米的电磁辐射都不会激活视紫红质,而体热产生的红外波长约为9300纳米。也没有任何已知的蛋白质能被如此长波长的辐射激活。


但还有另一种探测方法——想想太阳就知道了。太阳的热量会转化为红外线,红外线穿过虚空到达地球时,撞击大气层中的原子,传递能量并让地球变暖。换句话说,这个过程是热量先转化为电磁波,再重新转化成了热量。


研究人员认为,体温产生的红外线可能会刺激蚊子体内的某些神经元,通过加热激活它们。这样,蚊子就能间接探测到辐射。


科学家已经知道,蚊子触角的末端有热感应神经元,带有 温度敏感蛋白TRPA1 ,就像一个温度传感器。研究人员发现,移除这些触角就能消除蚊子探测红外线的能力。而如果蚊子没了编码这个蛋白的功能性 trpA1 基因,也无法检测到红外线。


蚊子触角末端的凹坑保护着探测热红外的钉状结构。(图/DeBeaubien and Chandel et al.)

具体来讲,触角末端有一种能感知辐射的“坑中钉”结构。 凹坑让钉状结构免受传导热和对流热的影响,也能让红外辐射能进入并加热这里 。接着,蚊子就能利用TRPA1进行探测。


而这还不足以解释实验观察到的70厘米的范围。在这个距离上,坑中钉结构可能没有收集到足够的红外线进行加热。 团队根据他们先前对果蝇的研究推测 ,蚊子 可能还有 敏感的温度受体。


尽管人们最初认为视紫红质只是一种光探测器,但某些视紫红质可以被各种刺激触发。 这组蛋白质的功能相当广泛,不仅参与视觉,还参与味觉和温度感应。 在视紫红质家族中,有几种蛋白质对微小的升温相当敏感。


进一步研究得知, 在蚊子体内发现的10种视紫红质中,有两种与TRPA1蛋白一样在触角神经元中表达 。和TRPA1不同,Op1或Op2这两种视紫红质中任何一种的缺陷都不会消除蚊子对红外线的敏感性。即使同时除去这两种视紫红质,也不能完全消除动物对红外线的敏感性,但这种敏感性会大大减弱。


也就是说,更强烈的热红外线,比如蚊子在更近距离 (比如30厘米左右) 时,会直接激活TRPA1。同时, Op1和Op2可以在更低水平的热红外下被激活,然后间接触发TRPA1 ,有效地将红外感应范围扩大了。



战术优势







请到「今天看啥」查看全文