发现蚊子能“红外寻人”有何用？
2024-10-15刘耀文
夏末初秋是蚊子一年中的最后一个繁衍高峰，承担种群繁衍的雌蚊会抓住一切机会疯狂叮咬人类，所以民间才有“秋蚊子猛如虎”的说法。皮肤的痛痒难耐还只是皮外伤，蚊子最可怕的地方在于它是一种常见的病原体传播媒介，每年全球有数亿人染上蚊媒疾病。
这些不起眼的蚊子，到底是怎样找到人类的？流传度最高的答案是二氧化碳和人的气味。但最新发表在《自然》杂志上的一项研究颠覆了大家的认知：蚊子最远可以在70厘米外通过红外辐射感知宿主。那么，蚊子是如何利用红外机制“寻人”的？这一发现能为人类控制蚊媒疾病的传播带来什么启发？
“危险”的蚊子屡登科学顶级期刊
如果要选出一种讨厌的生物，相信绝大多数人的答案都是蚊子。蚊子属于昆虫纲双翅目蚊科，是具有刺吸式口器的纤小飞虫，通常雌性以血液为食，雄性则吸食植物汁液。因此，叮咬人类、传染疾病的蚊子，一般都是雌虫。
为什么小小的蚊子备受科学家关注，有关它的研究还能登上科学顶级期刊呢？原因就是蚊子实在是太危险了。说到世界上最危险、最致命的动物，人们可能会联想到老虎、狮子、毒蛇乃至食人鱼，但恐怕料不到，这些动物给人类带来的杀伤力远不如蚊子。根据世界卫生组织公布的数据，蚊子传播的疾病每年会杀死72万人，说蚊子是人类的头号杀手并不夸张。
每年，世界范围内导致大量伤亡的疟疾、丝虫病、登革热、黄热病、流行性乙型脑炎等疾病都与蚊子的传播脱不了干系。以在全球致死性寄生虫病中排名第一的疟疾为例，这是一种由蚊子携带的疟原虫导致的疾病，患者会出现反复发作的间歇性寒战，所以该病又被称作“打摆子”。每年有数亿人感染疟疾，受到致命威胁，直到我国科学家屠呦呦发现青蒿素，开创疟疾治疗新方法，才有效阻止了疾病的肆虐，屠呦呦也因此获得了2015年诺贝尔生理学或医学奖。其他诸如登革热、丝虫病、黄热病等蚊媒传染病，同样是非常严重且有可能致死的传染病。
尽管人类发明了物理性的蚊帐、化学性的蚊香或杀虫剂，甚至还研究了生物灭蚊（如转基因蚊子），但是面对蚊子强大的生存繁衍能力，这些方法带来的效果十分有限。
因此，科学界一直在努力探寻应对之法，第一个突破口就是搞清楚蚊子是如何准确找到人的。比如，2022年中国小伙赵志磊在美国的康奈尔大学读博期间，在《自然》杂志上解密了蚊子叮人的气味秘诀；2024年，美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的克雷格博士团队在《自然》杂志上刊文称，蚊子可以通过红外辐射来感知人的存在。不仅如此，蚊子还能感知得了蚊媒疾病的人。2017年，瑞典斯德哥尔摩大学费伊教授团队在《科学》杂志上揭示了一个现象，人如果感染了疟原虫，那么皮肤表面就会释放出更多的挥发性物质，从而吸引更多蚊子；无独有偶，2024年，中国清华大学的程功教授团队指出，感染了蚊媒传染的寨卡病毒或者登革热病毒，无论是人还是动物都会吸引更多蚊子，相关研究发表在《细胞》杂志上。
这些研究使得蚊子能够屡次登上科学顶级期刊，让人不得不感慨蚊子这个种群的强大，当然，也为科学家防御蚊子提供了新的思路。
蚊子“下嘴”挑不挑血型
是什么原因导致蚊子叮人吸血？它们又是如何精准地找到人的呢？搞清楚其中的原委，就可以制定策略来应对蚊子的骚扰。
蚊子吸血，所以很多人会下意识觉得，它是靠血型来选择宿主的，得出其对血型有偏好的结论。2021年，中国、巴基斯坦和尼日利亚三国的联合团队通过体外喂养实验对蚊子的偏好性进行了检测，排除掉其他因素区别后发现，蚊子对人的血型有偏好。
蚊子吸血至少有两个目的：一是为自己摄取血液营养，二是血液可能刺激蚊子繁殖。于是，研究人员对斯氏按蚊的摄食偏好及繁殖结果进行了统计。结果显示，在消化营养方面，蚊子摄食O型血的消化率是最高的，其次是B型血和A型血，消化率最低的是AB型血；在繁殖方面，摄食B型血的蚊子产卵率最高，其次是O型血和AB型血，产卵率最低的是A型血。当把蚊子置于风洞生物测定和蚊子触角电位测定后显示，蚊子更喜欢B型血，而对O型血和AB型血无显著差异。
随后，研究人员对埃及伊蚊做了类似研究，结果无甚区别。当然，也有其他研究结果不认可这个结论，认为蚊子对O型血更感兴趣。
需要说明的是，科学界还有不少研究者认为“蚊子有血型偏好”一说是伪科学，蚊子并不会感知到人的血型区别。从原理上解释不通，人的血型与血液抗原差异有关，这是个免疫问题而非嗅觉问题，蚊子怎么能感知免疫问题？更别提人的血液被血管包裹并埋在皮肤等组织下，皮肤是一道天然屏障，蚊子要想提前感知血型再发动攻击，难上加难。比如，美国科学家Thornton曾经为了考察血型、出汗情况、肤色、体毛对蚊子叮咬的影响做了一个实验，结果发现除了出汗，血型等其他因素与蚊子叮咬并无必然联系。所以，关于血型和蚊子的关系还未有定论，需等待更多研究。
“人味”可能是招蚊子的主要原因
关于人招蚊子的原因，“气味说”倒是达成了共识。
昆虫常见识别对象的方法是通过视觉和气味。蚊子的视觉较差，它的飞行轨迹往往不是直线，而是摸索着飞，相比之下，气味所起的作用更明显，那是什么气味呢？
早在2011年，美国科学家德克尔就关注过蚊子和二氧化碳的关系。正常空气和人呼出空气的一个重要区别是后者包含二氧化碳这种成分，进而使得周边空气中的二氧化碳浓度更高。研究人员进行一系列实验后发现，蚊子活动的轨迹和二氧化碳/体味混合味气体有较高的关联度，证明二氧化碳是蚊子识别人的一个重要因素。比如，研究人员在箱子里放进100只饥饿的蚊子，然后在箱子两端分别准备了人的气味和动物的气味，结果这些蚊子毫不犹豫地统一飞到了有人气味的一端。
蚊子吸血至少有两个目的：一是为自己摄取血液营养，二是血液可能刺激蚊子繁殖。于是，研究人员对斯氏按蚊的摄食偏好及繁殖结果进行了统计。结果显示，在消化营养方面，蚊子摄食O型血的消化率是最高的，其次是B型血和A型血，消化率最低的是AB型血。
但新的问题出现了：能呼出二氧化碳和有体味的除了人类，还有动物，难道追着人叮的蚊子还有物种偏好吗？事实上，自然界有3500多种蚊子，其中大部分种类都是随机叮咬的，不分人或动物，只有不到10种蚊子比较特殊，爱叮人，同时也是传播疾病的媒介。叮人的蚊子种类主要包括埃及伊蚊（白纹伊蚊）、淡色库蚊、中华按蚊和三带喙库蚊。其中，埃及伊蚊主要在白天吸血，喜欢在灌木丛、树林、草坪等环境中生存，能够传播登革热、基孔肯雅热等疾病；淡色库蚊主要在夜晚吸血，常出没于家庭环境中，可传播乙脑；中华按蚊兼吸人、畜血液，是疟疾和马来丝虫病的重要媒介；三带喙库蚊主要在黄昏和黎明时分吸血，也是乙脑的主要传播者。
令人好奇的是，蚊子是怎样做到区分人与动物的气味的呢？
其实，人与动物的气味本质上都是一系列化合物的组合，里面有上百种化学分子，这些分子组成不同就造成了气味的差异。经过对比研究，科学家发现有几种成分比较特殊，尤其是癸醛和甲基庚烯酮，人体散发的气味里这类成分特别多。其原因是人在进化过程中体毛变少，导致皮肤裸露，于是这些成分会分泌出来保护皮肤，从而被蚊子捕捉到。
大脑是决策中枢，它决定了动物的很多行为，包括对食物的兴趣。研究人员发现，当只给蚊子流通空气而不提供气味分子时，蚊子的大脑几乎没有被激活，但若是散发了人的气味，蚊子大脑的嗅小球就被大量激活。看起来，“人味”是吸引蚊子的关键存在。
研究蚊子“寻人”机理有助于避开叮咬
一段时间以来，关于蚊子如何找到人的机制，虽然谈不上全面，但普遍共识是气味为核心，血型或许有些影响。日前，发表在《自然》杂志上的新研究又颠覆了人们的认知：蚊子竟然有红外辐射识别能力。美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校研究人员领衔的团队称，蚊子能通过感知源自人体皮肤温度的红外辐射来追踪人类宿主。
要知道，凡是高于绝对零度（热力学的最低温度，约为-273.15℃）的物体都可以产生红外辐射，而感知红外辐射是生物感知外界的一种能力。先前科学家就很好奇，蚊子有没有红外辐射感知能力？一开始，他们用红外辐射来检测蚊子，结果发现蚊子对这种刺激不敏感，所以一度否定了蚊子对红外辐射的感知能力。
那如果把红外辐射和蚊子的其他感知系统叠加在一起呢？
研究人员将可传播登革热等传染病的雌性埃及伊蚊放在两个区域进行对照实验。他们选择了公认的能够吸引蚊子的成分二氧化碳和人类气味分子，并放置进两个区域，然后对红外辐射进行了阻隔，使得只有一个区域能够接收到红外辐射。其结果令科学家大为吃惊：在能接收红外辐射的区域，蚊子寻找吸血目标的活动频率增加了一倍，且在距离红外辐射源约70厘米的范围，这种活动频率仍维持在较高水平。这意味着，蚊子真的可以感知红外辐射，甚至远距离依然有效，这一发现可以说是颠覆教科书式的存在。
蚊子能感知红外辐射，是蚊子的触角在发挥作用。它的触角末端神经元会表达温度敏感蛋白，而这个蛋白有助于感知温度。若有一天这个蛋白发生变异，那么蚊子就会失去这种感知功能。
这一新发现或许可以解释为什么同一个人穿着紧身衣物或宽松衣物对于蚊子的吸引力不一样，宽松衣物更能阻挡蚊子的叮咬，因为宽松衣物与皮肤间的空气层更厚，在一定程度上阻碍了红外辐射的传递，从而减少对蚊子的吸引。
可见蚊子很狡猾，难怪过去科学家单独用红外辐射来研究蚊子却没有收获，谁让蚊子会作“综合判断”呢？光有红外辐射不行，还需要气味和二氧化碳，否则不会行动。研究人员总结，单一的红外辐射条件并不足以刺激蚊子去寻找宿主，只有在二氧化碳浓度、气味等多种条件具备时，红外辐射对蚊子寻找宿主的刺激性影响才会显现。
减少蚊子数量和避免蚊虫叮咬是人类预防蚊媒疾病传播的关键，而了解蚊子“寻人”的机理，对于减少蚊子叮咬、切断蚊媒疾病传播有重大意义。传染病有三大要素，分别是传染源、传播途径和易感人群。而在蚊媒疾病中，蚊子在每个要素里都扮演了角色：蚊子本身就是病原体的宿主，如疟原虫会在蚊子体内进行配子结合完成生殖过程；叮人的蚊子可以传播多种病原体，如传播登革热的主要是埃及伊蚊；哪些人群容易被蚊子盯上，更是关系到蚊媒疾病的发病以及进一步传播，蚊子有多重手段来提高识别人的能力，且偏好已经被蚊媒疾病感染的人，这会进一步导致疾病扩大传播。
正因如此，关注蚊子识别人的原因和过程，有助于蚊媒疾病的防控。例如，针对蚊子的红外辐射识别能力，可以设计出红外辐射捕蚊器来捕捉蚊子，也可以通过改善衣着来削弱红外辐射从而避开蚊子叮咬。如果能降低蚊子的叮咬概率，自然就能减少蚊子给人类带来的健康威胁。当然，这是条漫长的生物科学探索之路。人体分泌的“招蚊”成分是由哪些基因、蛋白及代谢过程产生的？如何安全干预人体散发气味的成分？能不能模拟这些成分制造出产品来干扰蚊子叮人甚至无害灭蚊？这些都需要进一步的探究。
