想避免被蚊子咬,你需要一个脚臭的朋友?

本文来自微信公众号:环球科学(ID:huanqiukexue),编译:樊亦非,编辑:杨心舟,题图来自:视觉中国

当你和周围一群人处在一起,蚊子却唯独喜欢围着你叮,你是不是也有很多疑惑:为什么蚊子只叮我?除了你想弄清楚这个问题,科学家也对此很感兴趣。至今已经有数十年的各类研究试图弄清楚蚊子喜好的机制,根据澳大利亚麦格理大昆虫学家Matthew Bulbert的观点,蚊子寻找宿主的关键影响因素是二氧化碳(CO2体温和体味。也许并不出人意料,我们的老朋友微观细菌似乎也在其中起着重要作用。而这些因素也在共同决定蚊子的宿主选择,可以说缺一不可。

体温和二氧化碳

首先来说,当蚊子靠近目标时,它们所具有的热探测器就能为它们提供非常多的线索。比如,在埃及伊蚊触角尖端的圆锥形感觉神经中,有一对热敏感神经元,其中一个感应升温,另一个感应降温,这两个感受器的整合信号能使蚊子对温度变化和宿主的体温线索做出响应。

由于背景环境温度的影响,蚊子还需要一套感应热对比度的机制。目前一些研究结果已经发现,TRPA1受体使蚊子能够避免选择温度高于宿主体温的物体。至于是什么感受器使蚊子能检测到有吸引力的热信号,则仍有待进一步研究。

简单来说,自然而温暖的人体温度会让蚊子感到“恰到好处”,太冷或太热的肌肤都不是它们理想的着陆点。因此,处于温暖环境下,体温正常的人都有可能成为目标。

图片来源:“Genetic Analysis of Mosquito Detection of Humans.” Current opinion in insect science vol. 20 (2017): 34-38.

在热感受器发挥作用时,蚊子的嗅觉受体也在协同工作。许多不同种类的蚊子都拥有细腻的嗅觉,能够嗅出并追踪到50米开外的CO2,而雌性埃及伊蚊正是利用这一线索来寻找温血动物的。人类每次呼吸会呼出十倍于背景水平浓度的CO2,这给蚊子的搜寻工作带来很大的便利。伊蚊能使用一种由化学感应受体蛋白Gr1、Gr2和Gr3组成的味觉受体复合物来检测并响应CO2

因此,释放出更多CO2的人更有可能被附近的蚊子盯上。静息状态代谢较高的人,以及在运动中呼吸困过盛的人,会呼出更多的CO2。单凭这个标准,就能首先筛选出一部分更容易被蚊子盯上的对象,比如男性、身材丰满的人和孕妇。尽管如此,大多数动物都会释放浓度高的CO2,单靠CO2还不足以让蚊子区分人类与其他动物。

关键的体味

除了上面两点比较宽泛的选项,蚊子选人的重要因素当属人体的气味了,因为蚊子明显会更喜欢朝着特定的气味飞行,比如,按蚊喜欢林堡芝士的臭味,它们正是那群爱好叮咬足部和脚踝的蚊子。这种芝士的臭味非常有特点,它独特的味道是由亚麻短杆菌产生的,而这种细菌也是造成脚臭的元凶之一。这似乎能解释为什么这些蚊子喜欢往脚上叮了。

图片来源:James Gathany / Flickr

为了感知不同的气味,昆虫已进化了传统型嗅觉受体(ORs),离子型受体(IRs)等化学感受器来适应环境。一方面,蚊子的ORs与嗅觉共同受体Orco共同作用来响应人体皮肤上的一些气味物质,比如乙酸盐、乙醇和酮。另一方面,IRs主要对酸和胺反应,能使蚊子更积极地寻找、叮咬宿主。

IR感受器族除了可以充当化学感受器来检测气味和味觉物质,还能作为热感受器或湿感受器。其中,有20种气味可以激活伊蚊触角中的IRs表达,每种气味都至少需要一个IR共受体(Ir8a、Ir25a或Ir76b)才能起作用。

在种种气味之中,蚊子尤其嗜酸。人体皮肤较其他动物具有更多的乳酸,这种人类汗液中的活性成分,可能就是蚊子区别其他动物,锁定人类目标的特异性线索。实际上,乳酸和CO2单独存在时,二者对伊蚊的吸引力都不够高,而两种物质的混合物对伊蚊则颇具吸引力,而伊蚊会通过Ir8a通路来引导这种吸引力。

一项实验显示,在存在乳酸和CO2的情况下,人类的气味在短短8分钟内就吸引了平均约75%的野生蚊子和Orco突变蚊子(缺乏Orco受体),但是只有约50%的Ir8a突变体(缺乏Ir8a受体)被吸引。由此可见,Ir8a和表达Ir8a的受体神经元在蚊子探测人类体味中具有更重要的作用。

图片来源:Potter CJ. Olfaction: Mosquitoes Love Your Acid Odors. Current Biology. 2019 Apr 22; 29(8):R282-R284. doi: 10.1016/j.cub.2019.03.010. PMID: 31014485.

此外,不论是Gr3单突变体(缺乏Gr3受体)还是Gr3/Ir8a双突变体(缺乏Gr3和Ir8a受体),被吸引的蚊子数量相当,这表明由Orco和Ir8a介导的气味吸引,还需要

来激活Gr1 / Gr2 / Gr3复合物。与先前Ir8a单突变体有50%被吸引的结果相比,失去CO2激活使得蚊子探测乳酸的Ir8a通路有所减弱,这意味着CO2激活能使乳酸等人类体味对蚊子的吸引力增强。于是在CO2和乳酸的互相作用下,蚊子终于可以选择在何处落脚了。


细菌决定气味

那么,这些吸引蚊子的气味又是从何而来?

事实上,人体产生的诸多挥发性化合物均可追溯至人体内大量存在的微生物。芽孢杆菌属(Bacillus spp.)、短杆菌属(Brevibacterium spp.)、棒状杆菌属(Corynebacteria spp.)和葡萄球菌属(Staphylococcus spp.)等细菌都能产生会招惹蚊子的挥发性物质。

荷兰瓦格宁根大学的一项研究提出,蚊子寻找宿主的过程体现着一种三方营养关系:人类与其微生物群落之间存在共同进化机制,实现了和谐共处,而蚊子恰好能从这种共生关系中受益。Bulbert甚至认为,蚊子可能会探测到人体所有的细菌活动。

目前主流的观点指出,皮肤表面的细菌多样性高低也能指示健康的程度,细菌更多样可以阻碍有害菌在皮肤表面滋生。而这同样也可以解释为什么某些人更容易招蚊子:细菌多样性程度越高,可以减少散发吸引蚊子的产物,也会让自己在蚊子眼里没那么“迷人”。

总而言之,蚊子通过综合线索来探测宿主目标。在远处,它们先探测人呼出的二氧化碳;靠近时,它们会感觉到人们散发的气味和热量;降落后,它们利用腿部和嘴部的味觉感受器来“品尝”皮肤的不同部分。

被蚊子“盯”上后是否会被“叮”,也依次取决于人体的热量、CO2释放量和气味。《当代生物学》的一项研究曾设计了一次人造供血实验,当这三种线索均存在时,约有75%的伊蚊会吸血;仅除去人的体味,吸血的伊蚊数量下降到25%;仅去除二氧化碳,则只有15%的蚊子会选择吸血;若血液处于室温,则没有蚊子吸血。

而对于那些Ir8a发生了突变的蚊子,即使三种条件均满足,也只有25%会吸血,与没有体味的情况相当,这说明Ir8a活性可能是蚊子在吸血时检测人类气味的主要作用因素。

真正的驱蚊术

蚊子叮人不但会让皮肤难受,有些蚊子甚至还会在叮咬过程传播致命疾病,因此严肃对待蚊子的叮咬十分重要。PeerJ上的一项调查曾提出了167种不同的驱蚊方法,包括吃大蒜、不饮酒、不吃香蕉、使用局部驱虫剂(甚至包括浸泡在酒精中的烟头)、燃烧动物粪便、喝杜松子酒和补品、喷洒柴油和一种清洁剂。通过口服或皮肤贴片的方式摄入维生素B也是一种比较流行的驱蚊方法,但美国蚊虫控制协会已经通过研究表明这种方法并没有作用。

况且,这些研究均未考虑蚊子的多样性。目前,已经有记录的蚊子就约有3500多种蚊子,不同品种的蚊子有其自身的特质偏好,这种偏好可能关乎它们的生存。而只研究应对其中一种蚊子的方法很明显不具备普适性。

正如Bulbert所说,如果将人体视为如同树一般的生态位,那么有些动物喜欢树干,有些喜欢冠层,有些则喜欢根,因为选择不同的区域会减少物种之间的竞争,蚊子大概也是这种情况。身体的不同区域可能具有不同的皮肤微生物群,不同种类的蚊子能够区分这些不同的微生物群。

在此,我们根据上述的吸蚊法则,向广大总是深受蚊子青睐的受害者提出几项驱蚊招数,建议综合使用以达到更佳效果。

1. 掩盖体味法:通常,局部使用精油或其他芳香物质可能会掩盖掉气味或减少人体分泌物,但其作用有限。香茅油有效,但蜡烛似乎非但不能驱赶蚊子,甚至可能引诱蚊子。已经研究充分的驱虫剂(如DEET)也是不错的选择。

2. 高速气流法:尽管蚊子是飞行健将,但它们不能在风中自如飞行,所以风扇可能会起到一定的威慑作用,让蚊子不敢靠近。

3. 包裹遮蔽法:事实上,最好的方法就是在蚊子活动最活跃的时段(如黄昏)或者蚊子特别多的地方(如湿地)把你自己包裹严实。

4. 不正经法:包括昆虫、鸟类、蝙蝠、蜥蜴、两栖动物和鱼类在内的许多动物都吃蚊子,因此你可以创造性地开辟一片水池,养些青蛙来驱蚊。但要注意,静止的水是蚊子繁殖幼虫之处,因此水景设施中的水都应是流动的。

参考文章:

[1] Natalie Parletta, Why mozzies prefer some people to others, https://cosmosmagazine.com/nature/animals/why-do-mozzies-prefer-some-people-to-others/

[2] Raji, Joshua I, and Matthew DeGennaro. “Genetic Analysis of Mosquito Detection of Humans.” Current opinion in insect science vol. 20 (2017): 34-38. doi:10.1016/j.cois.2017.03.003

[3] Potter CJ. Olfaction: Mosquitoes Love Your Acid Odors. Current Biology. 2019 Apr 22; 29(8):R282-R284. doi: 10.1016/j.cub.2019.03.010. PMID: 31014485.

本文来自微信公众号:环球科学(ID:huanqiukexue),编译:樊亦非,编辑:杨心舟

蚊子,消灭登革热就靠你了

本文来自微信公众号:Nature自然科研(ID:Nature-Research),原文作者:Ewen Callaway,题图来自:电影《失落的大陆》

流行病学家说话通常都是谨慎、带条件的。但新近公布的一项旨在阻止蚊媒疾病传播的生物技术试验结果,却让他们使用了“惊人”和“划时代”这种形容词。

这项试验是在印度尼西亚日惹市进行的:通过释放经改造而携带沃尔巴克氏体(Wolbachia)的蚊子,阻止蚊子传播某些病毒,令登革热病例急剧下降。研究人员说,这些发现提供了最有力的证据,证明自20世纪90年代发展起来的这项技术,有望使世界摆脱一些致命的疾病。 

试验在随机指定的日惹市部分地区释放了感染沃尔巴克氏体的蚊子。与没有释放这些蚊子的地区相比,试验地区的登革热发病率在几年内降低了77%。8月26日的新闻稿报道了这一结果,但完整数据尚未公布。

一盘感染了沃尔巴克氏体(Wolbachia)的蚊子在印度尼西亚的一个城市被释放。来源:世界蚊子项目(World Mosquito Program,WMP)

英国利物浦热带医学院的病媒生物学家Philipp McCall说,仔细研究完整的数据很重要,但“减少77%真的很了不起”,“这确实有巨大的前景。”

该研究自2016年开始运行,受COVID-19影响,提前几个月就结束了。但科学家们表示,这些结果应能支持该技术在全球范围内的推广。该试验由非营利性的世界蚊子项目(WMP)协调,目标是将这种蚊子部署到世界各地的登革热流行区。

“这是一个真正的突破,对我们、对大家、对世界蚊子项目而言都是一个新希望。”印度尼西亚加查马达大学的公共卫生研究员Adi Utarini说。Utarini是这项试验的共同领导者。

停止传播

日惹试验证明的方法,是由澳大利亚莫纳什大学的微生物学家、WMP主任Scott O'Neill领导的一个团队首创的。大约60%的昆虫物种携带沃尔巴克氏体,但这种细菌并不能自然感染传播登革热、寨卡病毒和其他众多病毒的埃及伊蚊(Aedes aegypti)从20世纪90年代开始,O'Neill团队开发了受感染的埃及伊蚊的实验室种群,并表明这些蚊子不会传播包括登革热在内的病毒。 

该团队率先在澳大利亚东北部的部分地区释放蚊子,这些地区会周期性暴发登革热。这种疾病每年感染近4亿人,造成2.5万人死亡,大多发生在亚洲、太平洋和拉丁美洲地区的中低收入国家。

沃尔巴克氏体往往会在当地蚊子种群中迅速传播,2018年对澳大利亚汤斯维尔市的一项释放计划的研究发现,在不同街区释放400万只蚊子后,登革热发病率大幅下降。但是该研究未包括没有放蚊的对照区。澳大利亚暴发的登革热疫情也比东南亚和拉丁美洲城市的规模要小,频率也低。

实验室工作人员在准备感染沃尔巴克氏体的蚊子样本。来源:世界蚊子项目(World Mosquito Program)

世界蚊子项目启动了日惹试验,以填补这些空白。

Utarini和同事们将人口接近40万的日惹市划分为24个集群,并随机选择12个集群释放蚊子,另外12个集群作为对照。研究人员与日惹的诊所合作,在数千名出现急性发烧的人中确定了400个登革热确诊病例。然后,他们比较了登革热患者——大多是儿童——在前两周去过的地方,以确定他们是否去过释放了蚊子的地区。

由于印度尼西亚的新冠病毒病例不断上升,该试验的数据是在6月揭盲的——比原定计划提前了几个月。但数据“相当惊人”,共同领导这项研究的伦敦卫生与热带医学院(LSHTM)和加州大学伯克利分校的生物统计学家Nicholas Jewell说。释放了沃尔巴克氏体蚊子的地区登革热病例减少了77%,相当于人们患这种疾病的可能性下降为原来的四分之一。

“我从来没有参与过一项像这样成功的研究。”Jewell说,自20世纪80年代HIV开始流行以来,他一直在研究传染病干预措施。

“我们从来没有遇到过这种事。安全套可以提供这种程度的保护。”Jewell认为他们对登革热病例减少幅度的估计是保守的,因为许多人可能在有沃尔巴克氏体蚊子的地区和没有的地区之间流动。(现在试验已经结束了,WMP将在日惹全市范围内释放改造后的蚊子。“那是我们的义务。”Utarini说。)

由于基础数据尚未公布,McCall说许多问题仍未得到解答,例如不同地区之间的保护水平有何差异,以及这与当地蚊子种群中的沃尔巴克氏体有何关系。“我们所拥有的只是那个黄金数字,而我们需要听到更多的信息。”他说。

“登革热发病率的下降提供了强有力的证据,支持使用沃尔巴克氏体。”LSHTM的流行病学家Neal Alexander说。观察人们在有无沃尔巴克氏体蚊子地区之间的流动性如何影响保护水平,应该有助于确定将释放沃尔巴克氏体蚊子的这种做法推广到其他地方的可行性。 

下一个十年

“扩大规模”是O’Neill下一步的计划。WMP希望在未来5年内,在覆盖7500万登革热高危人群的地区释放沃尔巴克氏体蚊子,十年内覆盖5亿人。释放工作已经获得了监管部门的批准,并在当地进行了广泛的咨询——这一点也要在更大范围内铺开。障碍之一是获得世界卫生组织的认可,该组织指导许多国家的公共卫生决定。

另一个障碍是资金问题。美国比尔及梅琳达·盖茨基金会(WMP是基金会的一部分)、伦敦的惠康基金会和印度尼西亚的塔希哈基金会(Tahija Foundation)等慈善机构,对迄今为止的试验提供了支持。

但O'Neill说,需要各国政府和世界银行和美洲开发银行等机构提供资金,以资助开展大规模的释放工作。独立经济学家的工作表明,蚊子释放的成本估计在每人12美元至21美元,通过减少医疗费用、收入损失和登革热的其他代价,几年内就能收回成本。

LSHTM的流行病学家Immo Kleinshmidt是负责监测试验的独立委员会的成员,他说世界卫生组织通常需要根据两个独立试验的数据来推荐一项干预措施。“但我猜想,登革热流行国家对于这种干预措施的需求将促使其被广泛引入,最终消除疾病的前景颇为可观。”他说,“这一结果的意义是划时代的。”


原文以The mosquito strategy that could eliminate dengue为标题发表在2020年8月27日的《自然》新闻版块

本文来自微信公众号:Nature自然科研(ID:Nature-Research),原文作者:Ewen Callaway

如何科学地消灭蚊子?

这是一只正在进食的蚊子。

吸血时,它将六根针管一样的口器扎入你的皮肤。外侧的两根下颚刺穿并切割皮肉,中间的两根上颚分开肌肉组织并提供支撑。找到血管后,用上唇吮吸,同时舌部吐出口水,注入抗凝蛋白防止血液凝固。

在这三分钟里,它吸走三倍于自身体重的新鲜血液,在你身上留下一个奇痒无比的大包。更致命的是,它很可能已经在血管中埋下了病毒。

每年全球有数十万人被蚊子叮咬后,感染疟原虫或登革热病毒等病原体而死。

常见的驱蚊产品以拟除虫菊酯和避蚊胺为主要成分,通过干扰蚊子的神经系统或嗅觉感知机制达到击倒和驱赶目的。但与此同时,蚊子也在发展出抗药性。

药剂是无限的循环,有没有一种方法,能从源头上斩除蚊子? 1959 至 1960 年间,美国农业部在佛罗里达州的这两片湖释放了近 33 万只雄性疟蚊。它们肩负重任,要在短暂的生命里完成数次交配。

这不是普通的蚊子。还是雄蛹的时候,它们暴露在长达 12 小时的 γ 射线下,强辐照令生殖细胞的染色体断裂,并在之后自发的愈合中缺失部分基因,导致最终交配得到的受精卵无法正常分裂。

也就是说,它们被绝育了。

这种方法叫做 SIT,昆虫不育技术,目的是让蚊子无法成功产出后代。之所以选择雄蚊作为绝育对象,第一是因为雄蚊不吸血,第二是雌蚊一生只交配一次,而雄蚊能交配数十次,影响范围更广。

按照这个思路,只要定点定期投放,灭蚊效果应该非常显著。然而,这场首次田间试验却以失败告终,蚊群数量最终并没有下降。

之后多项研究发现,辐照令蚊子绝育的同时,也摧毁了部分体细胞,导致身体素质变弱,竞争力指数普遍低于 1,斗不过野生雄蚊。

为了提高交配竞争力,研究者甚至尝试给雄蚊喂食天然草药的提取物。在求爱时间、交配数量和交配成功率上它们的确比只吃糖水的普通蚊子略胜一筹,可惜的是平均寿命不到 70 天,足足少活了 16 天。

怎样才能实现绝育的同时永葆斗志又不英年早逝?

答案就在《Nature》刊发的这篇论文里。来自中山大学的研究团队在广州的沙仔岛和大刀沙岛释放了近两亿只绝育白纹伊蚊,只用两年多,就将试验点的本土蚊子基本清除干净。

关键在于沃尔巴克氏体,由部分伊蚊、库蚊和曼蚊天然携带的共生细菌,也存在于其他生物体内。按照不同的宿主,可分为 8 种亚组,每一个亚组下又可以分出不同的亚型。

这些细菌会影响蚊子的正常生育。

简单来说,雄蚊精子中带有的细菌就像一把锁,而雌蚊卵子中带有的细菌就像一把钥匙。

如果两者配对开了锁,就能生下健康的卵;如果两者不配对,就会引发「胞质不相容」,即精子和卵子的细胞质互不亲和,让胚胎在早期阶段死亡。

需要注意,如果雌蚊不带细菌,而雄蚊带,即没有钥匙开锁,胚胎就会死亡;如果雄蚊不带细菌,而雌蚊带,即有钥匙但根本没有锁,胚胎则会健康成长。

所以你会发现,只要我们让雄蚊携带一种雌蚊完全没有的细菌类型,就像给雄蚊上了一把没有钥匙能打开的锁,就能引发蚊群之间的不育。这被称为 IIT,昆虫不相容技术。

让我们再回到广州,本土的白纹伊蚊基本都同时携带两种细菌,两把钥匙开两把锁,可以快乐地生孩子。我们现在的目标是找到一款新的细菌,给雄蚊上一把新的贞操锁,两把钥匙开不了三把锁,引发不育。

这款新的细菌要怎么来呢?研究者发现骚扰库蚊(Culex pipiens molestus)携带 P 型沃尔巴克氏体,这在现有的白纹伊纹种群中几乎难以找到。

接着,我们从库蚊的体内抽出含 P 型沃尔巴克氏体的胞浆,再注入白纹伊蚊胚胎尖端。成虫后与野生雄蚊交配,历经两代,得到转染成功的白纹伊蚊,同时携带 A、B 和 P 型三种细菌。

这些卵被转移到幼虫车间里的水盘,每盘每周能孵出 1.3 万条幼虫。

接着,成蛹后分离雌雄,通常采用这样一台雌雄分离仪。将水连同蛹倒入集蛹斗,顺着管子落到分离板;雄蛹和雌蛹拥有不同的头胸尺寸,在这里设定成只有雄蛹能通过的分离间隙,然后沿着汇流槽流进雄蛹槽;最后将间隙调大,让雌蛹流进雌蛹槽。

分离好的雄蛹会分装培育长到成蚊,重返自然前,成蚊吃下最后一顿糖水,确保体力充足,并以五倍于野生雄蚊的数量释放,占领绝对优势。

首先在沙仔岛进行试验。布下 110 个产卵器和 44 个捕蚊器进行八个月的监测,成果并不理想,可孵化的蚊卵和雌蚊的年平均数量只减少了 62% 和 65%。问题出在哪儿?

让我们回到雌雄分离阶段。事实上,这样的物理分离准确率能达 99.7%,而混入雄蛹中那 0.3% 的雌蛹恰恰是试验失败的关键。

当 ABP 型雌蚊和 ABP 型雄蚊相遇,产下爱子,与此同时,它也从母亲那儿继承了同样的沃尔巴克氏体,由此代代相传,甚至可能替换掉原来的 AB 型种群。所以,势必要解决掉这 0.3%。

你应该没忘记前面讲到的 SIT。其实,雌蚊只需接受较低剂量的辐射就能损坏卵巢,从而绝育。放心,这样的程度并不会照垮雄蚊。

接下来的两年,相比对照区,试验点可孵化的蚊卵数量平均每年减少 94%,捕蚊器抓到的雌蚊减少了 83%~94%,基本根除本土蚊群。

当然,试验停止后,岛外的野生蚊子依旧能通过各种途径登岛。

这是一场坚毅持久的斗争,如果你实在等不及了,还可以将抓到的蚊子冻晕,用镊子压坏腹神经索,这会让它忘记饱感。然后,你只需要伸出手臂,让它一直吸血,吸到爆炸。

如何科学地消灭蚊子?

这是一只正在进食的蚊子。

吸血时,它将六根针管一样的口器扎入你的皮肤。外侧的两根下颚刺穿并切割皮肉,中间的两根上颚分开肌肉组织并提供支撑。找到血管后,用上唇吮吸,同时舌部吐出口水,注入抗凝蛋白防止血液凝固。

在这三分钟里,它吸走三倍于自身体重的新鲜血液,在你身上留下一个奇痒无比的大包。更致命的是,它很可能已经在血管中埋下了病毒。

每年全球有数十万人被蚊子叮咬后,感染疟原虫或登革热病毒等病原体而死。

常见的驱蚊产品以拟除虫菊酯和避蚊胺为主要成分,通过干扰蚊子的神经系统或嗅觉感知机制达到击倒和驱赶目的。但与此同时,蚊子也在发展出抗药性。

药剂是无限的循环,有没有一种方法,能从源头上斩除蚊子? 1959 至 1960 年间,美国农业部在佛罗里达州的这两片湖释放了近 33 万只雄性疟蚊。它们肩负重任,要在短暂的生命里完成数次交配。

这不是普通的蚊子。还是雄蛹的时候,它们暴露在长达 12 小时的 γ 射线下,强辐照令生殖细胞的染色体断裂,并在之后自发的愈合中缺失部分基因,导致最终交配得到的受精卵无法正常分裂。

也就是说,它们被绝育了。

这种方法叫做 SIT,昆虫不育技术,目的是让蚊子无法成功产出后代。之所以选择雄蚊作为绝育对象,第一是因为雄蚊不吸血,第二是雌蚊一生只交配一次,而雄蚊能交配数十次,影响范围更广。

按照这个思路,只要定点定期投放,灭蚊效果应该非常显著。然而,这场首次田间试验却以失败告终,蚊群数量最终并没有下降。

之后多项研究发现,辐照令蚊子绝育的同时,也摧毁了部分体细胞,导致身体素质变弱,竞争力指数普遍低于 1,斗不过野生雄蚊。

为了提高交配竞争力,研究者甚至尝试给雄蚊喂食天然草药的提取物。在求爱时间、交配数量和交配成功率上它们的确比只吃糖水的普通蚊子略胜一筹,可惜的是平均寿命不到 70 天,足足少活了 16 天。

怎样才能实现绝育的同时永葆斗志又不英年早逝?

答案就在《Nature》刊发的这篇论文里。来自中山大学的研究团队在广州的沙仔岛和大刀沙岛释放了近两亿只绝育白纹伊蚊,只用两年多,就将试验点的本土蚊子基本清除干净。

关键在于沃尔巴克氏体,由部分伊蚊、库蚊和曼蚊天然携带的共生细菌,也存在于其他生物体内。按照不同的宿主,可分为 8 种亚组,每一个亚组下又可以分出不同的亚型。

这些细菌会影响蚊子的正常生育。

简单来说,雄蚊精子中带有的细菌就像一把锁,而雌蚊卵子中带有的细菌就像一把钥匙。

如果两者配对开了锁,就能生下健康的卵;如果两者不配对,就会引发「胞质不相容」,即精子和卵子的细胞质互不亲和,让胚胎在早期阶段死亡。

需要注意,如果雌蚊不带细菌,而雄蚊带,即没有钥匙开锁,胚胎就会死亡;如果雄蚊不带细菌,而雌蚊带,即有钥匙但根本没有锁,胚胎则会健康成长。

所以你会发现,只要我们让雄蚊携带一种雌蚊完全没有的细菌类型,就像给雄蚊上了一把没有钥匙能打开的锁,就能引发蚊群之间的不育。这被称为 IIT,昆虫不相容技术。

让我们再回到广州,本土的白纹伊蚊基本都同时携带两种细菌,两把钥匙开两把锁,可以快乐地生孩子。我们现在的目标是找到一款新的细菌,给雄蚊上一把新的贞操锁,两把钥匙开不了三把锁,引发不育。

这款新的细菌要怎么来呢?研究者发现骚扰库蚊(Culex pipiens molestus)携带 P 型沃尔巴克氏体,这在现有的白纹伊纹种群中几乎难以找到。

接着,我们从库蚊的体内抽出含 P 型沃尔巴克氏体的胞浆,再注入白纹伊蚊胚胎尖端。成虫后与野生雄蚊交配,历经两代,得到转染成功的白纹伊蚊,同时携带 A、B 和 P 型三种细菌。

这些卵被转移到幼虫车间里的水盘,每盘每周能孵出 1.3 万条幼虫。

接着,成蛹后分离雌雄,通常采用这样一台雌雄分离仪。将水连同蛹倒入集蛹斗,顺着管子落到分离板;雄蛹和雌蛹拥有不同的头胸尺寸,在这里设定成只有雄蛹能通过的分离间隙,然后沿着汇流槽流进雄蛹槽;最后将间隙调大,让雌蛹流进雌蛹槽。

分离好的雄蛹会分装培育长到成蚊,重返自然前,成蚊吃下最后一顿糖水,确保体力充足,并以五倍于野生雄蚊的数量释放,占领绝对优势。

首先在沙仔岛进行试验。布下 110 个产卵器和 44 个捕蚊器进行八个月的监测,成果并不理想,可孵化的蚊卵和雌蚊的年平均数量只减少了 62% 和 65%。问题出在哪儿?

让我们回到雌雄分离阶段。事实上,这样的物理分离准确率能达 99.7%,而混入雄蛹中那 0.3% 的雌蛹恰恰是试验失败的关键。

当 ABP 型雌蚊和 ABP 型雄蚊相遇,产下爱子,与此同时,它也从母亲那儿继承了同样的沃尔巴克氏体,由此代代相传,甚至可能替换掉原来的 AB 型种群。所以,势必要解决掉这 0.3%。

你应该没忘记前面讲到的 SIT。其实,雌蚊只需接受较低剂量的辐射就能损坏卵巢,从而绝育。放心,这样的程度并不会照垮雄蚊。

接下来的两年,相比对照区,试验点可孵化的蚊卵数量平均每年减少 94%,捕蚊器抓到的雌蚊减少了 83%~94%,基本根除本土蚊群。

当然,试验停止后,岛外的野生蚊子依旧能通过各种途径登岛。

这是一场坚毅持久的斗争,如果你实在等不及了,还可以将抓到的蚊子冻晕,用镊子压坏腹神经索,这会让它忘记饱感。然后,你只需要伸出手臂,让它一直吸血,吸到爆炸。

如何科学地消灭蚊子?

这是一只正在进食的蚊子。

吸血时,它将六根针管一样的口器扎入你的皮肤。外侧的两根下颚刺穿并切割皮肉,中间的两根上颚分开肌肉组织并提供支撑。找到血管后,用上唇吮吸,同时舌部吐出口水,注入抗凝蛋白防止血液凝固。

在这三分钟里,它吸走三倍于自身体重的新鲜血液,在你身上留下一个奇痒无比的大包。更致命的是,它很可能已经在血管中埋下了病毒。

每年全球有数十万人被蚊子叮咬后,感染疟原虫或登革热病毒等病原体而死。

常见的驱蚊产品以拟除虫菊酯和避蚊胺为主要成分,通过干扰蚊子的神经系统或嗅觉感知机制达到击倒和驱赶目的。但与此同时,蚊子也在发展出抗药性。

药剂是无限的循环,有没有一种方法,能从源头上斩除蚊子? 1959 至 1960 年间,美国农业部在佛罗里达州的这两片湖释放了近 33 万只雄性疟蚊。它们肩负重任,要在短暂的生命里完成数次交配。

这不是普通的蚊子。还是雄蛹的时候,它们暴露在长达 12 小时的 γ 射线下,强辐照令生殖细胞的染色体断裂,并在之后自发的愈合中缺失部分基因,导致最终交配得到的受精卵无法正常分裂。

也就是说,它们被绝育了。

这种方法叫做 SIT,昆虫不育技术,目的是让蚊子无法成功产出后代。之所以选择雄蚊作为绝育对象,第一是因为雄蚊不吸血,第二是雌蚊一生只交配一次,而雄蚊能交配数十次,影响范围更广。

按照这个思路,只要定点定期投放,灭蚊效果应该非常显著。然而,这场首次田间试验却以失败告终,蚊群数量最终并没有下降。

之后多项研究发现,辐照令蚊子绝育的同时,也摧毁了部分体细胞,导致身体素质变弱,竞争力指数普遍低于 1,斗不过野生雄蚊。

为了提高交配竞争力,研究者甚至尝试给雄蚊喂食天然草药的提取物。在求爱时间、交配数量和交配成功率上它们的确比只吃糖水的普通蚊子略胜一筹,可惜的是平均寿命不到 70 天,足足少活了 16 天。

怎样才能实现绝育的同时永葆斗志又不英年早逝?

答案就在《Nature》刊发的这篇论文里。来自中山大学的研究团队在广州的沙仔岛和大刀沙岛释放了近两亿只绝育白纹伊蚊,只用两年多,就将试验点的本土蚊子基本清除干净。

关键在于沃尔巴克氏体,由部分伊蚊、库蚊和曼蚊天然携带的共生细菌,也存在于其他生物体内。按照不同的宿主,可分为 8 种亚组,每一个亚组下又可以分出不同的亚型。

这些细菌会影响蚊子的正常生育。

简单来说,雄蚊精子中带有的细菌就像一把锁,而雌蚊卵子中带有的细菌就像一把钥匙。

如果两者配对开了锁,就能生下健康的卵;如果两者不配对,就会引发「胞质不相容」,即精子和卵子的细胞质互不亲和,让胚胎在早期阶段死亡。

需要注意,如果雌蚊不带细菌,而雄蚊带,即没有钥匙开锁,胚胎就会死亡;如果雄蚊不带细菌,而雌蚊带,即有钥匙但根本没有锁,胚胎则会健康成长。

所以你会发现,只要我们让雄蚊携带一种雌蚊完全没有的细菌类型,就像给雄蚊上了一把没有钥匙能打开的锁,就能引发蚊群之间的不育。这被称为 IIT,昆虫不相容技术。

让我们再回到广州,本土的白纹伊蚊基本都同时携带两种细菌,两把钥匙开两把锁,可以快乐地生孩子。我们现在的目标是找到一款新的细菌,给雄蚊上一把新的贞操锁,两把钥匙开不了三把锁,引发不育。

这款新的细菌要怎么来呢?研究者发现骚扰库蚊(Culex pipiens molestus)携带 P 型沃尔巴克氏体,这在现有的白纹伊纹种群中几乎难以找到。

接着,我们从库蚊的体内抽出含 P 型沃尔巴克氏体的胞浆,再注入白纹伊蚊胚胎尖端。成虫后与野生雄蚊交配,历经两代,得到转染成功的白纹伊蚊,同时携带 A、B 和 P 型三种细菌。

这些卵被转移到幼虫车间里的水盘,每盘每周能孵出 1.3 万条幼虫。

接着,成蛹后分离雌雄,通常采用这样一台雌雄分离仪。将水连同蛹倒入集蛹斗,顺着管子落到分离板;雄蛹和雌蛹拥有不同的头胸尺寸,在这里设定成只有雄蛹能通过的分离间隙,然后沿着汇流槽流进雄蛹槽;最后将间隙调大,让雌蛹流进雌蛹槽。

分离好的雄蛹会分装培育长到成蚊,重返自然前,成蚊吃下最后一顿糖水,确保体力充足,并以五倍于野生雄蚊的数量释放,占领绝对优势。

首先在沙仔岛进行试验。布下 110 个产卵器和 44 个捕蚊器进行八个月的监测,成果并不理想,可孵化的蚊卵和雌蚊的年平均数量只减少了 62% 和 65%。问题出在哪儿?

让我们回到雌雄分离阶段。事实上,这样的物理分离准确率能达 99.7%,而混入雄蛹中那 0.3% 的雌蛹恰恰是试验失败的关键。

当 ABP 型雌蚊和 ABP 型雄蚊相遇,产下爱子,与此同时,它也从母亲那儿继承了同样的沃尔巴克氏体,由此代代相传,甚至可能替换掉原来的 AB 型种群。所以,势必要解决掉这 0.3%。

你应该没忘记前面讲到的 SIT。其实,雌蚊只需接受较低剂量的辐射就能损坏卵巢,从而绝育。放心,这样的程度并不会照垮雄蚊。

接下来的两年,相比对照区,试验点可孵化的蚊卵数量平均每年减少 94%,捕蚊器抓到的雌蚊减少了 83%~94%,基本根除本土蚊群。

当然,试验停止后,岛外的野生蚊子依旧能通过各种途径登岛。

这是一场坚毅持久的斗争,如果你实在等不及了,还可以将抓到的蚊子冻晕,用镊子压坏腹神经索,这会让它忘记饱感。然后,你只需要伸出手臂,让它一直吸血,吸到爆炸。

被咬的蚊子包是免疫系统的信号

一只蚊子落到了你的手臂上,把化学物质注射到你的皮肤内,然后开始大快朵颐。如果没有在叮咬后出现又红又痒的包,你甚至不会察觉它的存在。虽然很烦人 ,可这个包是一个是重要的信号,它表示你正被你的免疫系统保护着。

免疫系统是你身体的保镖,使你的身体免受感染和疾病的侵害。免疫系统是由细胞、组织和器官形成的巨大网络,负责组织身体防御可能危害健康的外来入侵者。没有它,你将会暴露在数以亿计的细菌、病毒和毒素之中,这些病原体能让一个小割伤或小感冒变得致命。

今天的视频会让你明白,免疫系统对于生命的重要性。

视频来源:TED-Ed

一天中,什么时候最容易被蚊子叮?

本文来自微信公众号:把科学带回家(ID:steamforkids),作者:比邻星,原文标题:《比起那波晚上吸血的,白天出没的大花蚊子才是百蚊不如一贱》,题图来自:视觉中国

当你用可爱的十字纹封印蚊子包,在皮肤上洒满夏日限定香型Six God时,有没有思考过一个问题:一天中,什么时候最容易被蚊子叮?

晚上吗?毕竟蚊子看起来着实像一群天黑了请闭眼的吸血鬼。然而,这个问题远比你想象中复杂:蚊子和蚊子是有时差的。有的蚊子是养生派,白天清醒晚上休息,和你同作息,一般在白天咬人;有的蚊子是蹦迪派,白天安安静静,晚上精神抖擞。

说起来,蚊子并不是单一物种,它们是双翅目长角亚目昆虫的统称。世界上的蚊子有3500多种,不过真正惹人讨厌的大概也就十分之一。你拍死的基本是这三位——

又大又花的埃及伊蚊

白天按兵不动,夜晚风采依旧的按蚊

名字挺酷的平平无奇库蚊

给战斗力排个序,穿着条纹衬衫的埃及伊蚊首当其冲,它是登革热病毒的宿主,可以在叮咬人的时候把病毒随口水一起吐到人的血管里。同时具有迷惑性的是,埃及伊蚊就是那个白天咬人的养生派,与人类共进退。

埃及伊蚊喜欢阳光,它们对光照,特别是紫外线展现出极大的兴趣。每当感应到紫外线,便开始活动、觅食、产卵、交配,而紫外线消失时,则一键切换到睡眠模式。紫外线之于伊蚊,如同咖啡之于社——凭借它点燃热情,开启为生存而奋斗的一天。最近,有科学家专门研究了埃及伊蚊和按蚊在一天不同时间段对紫外线的偏爱度,得出了一些有意思的结论。

你大概听说过咬人的都是母蚊子。不是因为最毒妇人心,这么做主要是为了产卵和养育后代。母蚊子在活动期间会努力吸人的血让自己回血,然后找地方产卵。相比之下,公蚊子的主要行程就是在花丛间吃吃花蜜喂饱自己,然后寻找一些母蚊子交配,完成传宗接代的使命。真是个独自美丽的花花公子呢!

他在丛中笑

数据显示,雌性埃及伊蚊对全天候的紫外线都比较敏感,这种敏感度在即将天黑时达到峰值。害,公伊蚊只有半下午的时候才开始进入状态,且比母蚊子提前两个小时收工。活儿少了就变懒了,没毛病。

虽然性别差异较大,但埃及伊蚊的节律还是遵循“昼出夜伏”。忙碌了一天,晚上也该收工了。而同样是傍晚时分,“昼伏夜出”的蹦迪派按蚊登场了。

日落黄昏时,蚊子们开启了狂欢的party

这次研究的另一个主角就是coluzzii按蚊,数据显示,它们极讨厌紫外线。所以在阳光普照的白天,按蚊基本都按兵不动。黄昏,夜幕即将降临,按蚊就像感应到了月色的召唤,突然变得精神起来,它们开始对紫外线没那么排斥。紫外线之于白天的按蚊,如同甲方之于社畜——送走了甲方,社畜便活了。按蚊的节律也有明显的性别差异,公蚊子苏醒得比较早,提前进入夜间战斗模式。而随后苏醒的雌性按蚊便开始在你酣睡时用烦人的嗡嗡声刷存在感,无孔不入地在你的皮肤上留下令人骚动不已的小疙瘩。

按蚊,常年摸到狼人牌

都是蚊子,时差怎么这么明显?决定蚊子白天还是晚上咬人的,是体内的固有节律。这是生物界的普遍现象,生物的基因编码了某些蛋白质,在一天内的表达量几乎与太阳光呈现出同步的周期性变化,又名节律蛋白。蚊子体内有一类叫PER的节律蛋白,它们能调控睡眠,如果含量上升,意味着蚊子要入睡了。研究者剥开伊蚊和按蚊的脑子看了看,发现PER在两种蚊子大脑里的含量变化趋势刚好相反,一个是倒V,一个是正V。埃及伊蚊的PER含量在后半夜达到峰值,所以它们白天精神晚上睡觉。按蚊PER的峰值则出现在白天即将结束的时候,所以它们白天都在休息。

这是蚊子的脑,闪荧光的就是节律蛋白

从进化意义来说,这样的时差对蚊子们是和谐共处的好事。不同时段出来觅食,就避免了同行相见分外眼红的尴尬,有效降低了种间竞争,你好我好大家好。埃及伊蚊的叮咬技能更强,不仅能叮咬多类物种,而且哪怕叮咬对象在活动时也能吸血成功,所以选择了白天工作,时不时展现出“来让我咬一口呀”的贱兮兮的样子。按蚊却要弱小可怜无助一些,它们技不如人,只能选择猎物安静睡觉的时候跑过去吸血,以此提高成功率。

生物钟这东西,各有各的奇奇怪怪

这倒是能指引一些科学的灭蚊方法。比如如果大白天亮着紫外捕蚊灯,想要诱捕按蚊大概只能捕了个寂寞,毕竟它们那时很讨厌紫外线。

而对你来说,这可能意味着,对待蚊子要做个端水大师,白天晚上都要雨露均沾啊。

本文来自微信公众号:把科学带回家(ID:steamforkids),作者:比邻星

7.5亿只转基因蚊子放飞,将消灭当地蚊群?

本文来自微信公众号:环球科学(ID:huanqiukexue),作者:吴非,头图来自:unsplash

世界上最危险的动物是什么?从不同角度考虑,这个问题的答案五花八门。但要用数据说话,选出人类的头号杀手,蚊子当之无愧。下图直观展现了各种动物每年致死的人数:根据比尔及梅琳达·盖茨基金会的估算,蚊子每年导致超过70万人死亡,远远超过包括我们人类自身在内的其他动物(在不同来源的统计中,这一数字有所差异,但无一例外,蚊子都是最致命的动物)

蚊子致人死亡的关键就在于它们携带的超过15种病原体。通过雌蚊的叮咬,这些病原体可以传染给人类。其中,最危险的疟疾每年可能导致60多万人丧命,而黄热病、登革热、流行性乙型脑炎等疾病也都会造成上万人死亡。此外,淋巴丝虫病、寨卡等疾病虽然通常不会致命,但也可能造成终身伤残。与此同时,蚊子造成的经济损失也同样惊人。仅仅在巴西,登革热每年造成的直接医疗和间接经济损失就高达13.5亿美元,这还没有算上每年为控制登革热而投入的10亿美元。

不顺利的灭蚊之路

人类与蚊子的斗争可谓“自古以来”。进入20世纪,随着现代化学与生物技术的介入,拥有了更多灭蚊武器的人类,开始从防蚊转为试图大规模消灭蚊子种群。不过,杀灭蚊子的早期尝试并不顺利。

最初的武器是如今早已臭名昭著的杀虫剂DDT。在人们深刻认识到DDT带来的环境与健康问题之前,DDT从上世纪40年代开始被广泛使用,并且的确取得了显著的成效:在一些疟疾严重的地区,这种致命疾病很快消失了。不过随着人们逐渐认识到使用DDT只是饮鸠止渴,这种化合物在上世纪70年代退出了历史舞台。

另一项被寄予厚望的灭蚊手段是昆虫绝育技术(sterile insect technique,SIT)。这项技术的策略是在实验室中通过辐射破坏雄性幼虫的生育能力,这样它们在野外与雌性交配,产下的卵将无法孵化。20世纪50年代起,昆虫绝育技术在消灭美洲的螺旋蝇(Cochliomyia hominivorax)时大获成功。当时,这类能够在牲畜(尤其是牛)身上的小伤口中产卵、孵化,并造成宿主死亡的食肉蝇,每年仅仅给美国畜牧业造成的损失就超过2亿美元。在应用这项技术后,美洲各国的螺旋蝇数量急剧下降,1982年,螺旋蝇在包括美国在内的一些中北美国家被完全消灭。

但是,这项技术用于灭蚊时,却遇到了问题。相比于螺旋蝇,蚊子的幼虫更加脆弱,被辐射照射的雄蚊的生存能力也下降了,因此它们无法与足够的雌蚊交配。目前在苏丹等地,通过昆虫绝育技术灭蚊的研究仍在实验阶段。

转基因灭蚊实验

时间来到21世纪,转基因技术逐渐成为灭蚊新武器,并且已经在野外实验中取得了一些阶段性的成效。就在上周,美国佛罗里达州宣布,将开展一项大规模转基因灭蚊实验。该计划最初于今年5月获得美国环境局的批准,并在上周获得了佛罗里达群岛的蚊虫管控区的最终许可。根据这项计划,自2021年起,在为期两年的时间内,研究人员将在佛罗里达群岛分批释放共7.5亿只转基因雄性埃及伊蚊(这类蚊子是登革热、黄热病、寨卡等疾病的传播媒介)

看到这里,一些读者可能会产生一丝担心:转基因技术会不会造成意想不到的后果?其实,这并不是转基因蚊子的首次登场。早在2013年,一项著名的转基因蚊子释放实验就在巴西开展。而这两项转基因蚊子野外实验背后,都是一家名为Oxitec的英国生物技术公司。

2002年,这家原名为牛津昆虫技术(Oxford Insect Technologies)的公司成立。Oxitec的目标是用转基因手段来打造“昆虫杀虫剂”,从而控制昆虫(具体而言,是埃及伊蚊)的数量。为此,Oxitec的研究人员使用了释放携带显性致死基因昆虫技术(release of insects carrying a dominant lethal, RIDL)。他们在雄性埃及伊蚊体内植入一种能表达四环素转录调控蛋白的“致死”基因。在实验室中,四环素的存在抑制了致死基因的活性,因此蚊子可以正常存活。但当它们进入野外并与雌性交配产生后代后,由于野外不存在四环素,这些蚊子后代的细胞发育将受到抑制、无法存活,即使侥幸存活也“不孕不育”。

2007年,Oxitec通过上述策略研发出第一代转基因蚊——OX513A。在一系列小规模的野外实验后,2013年起,Oxitec每周向巴西东部巴伊亚州的雅科比纳市投放大约45万只转基因雄蚊。在27个月的时间内,他们总计投放近5000万只蚊子。这次实验也取得了令人惊喜的效果——根据Oxitec的报道,当地野生埃及伊蚊的总数下降了90%以上

这项实验也遭到了一些质疑,例如耶鲁大学的演化生物学家Jeffrey Powell就在《科学报告》上发表文章质疑称,很多当地蚊子都拥有来自转基因蚊子的遗传物质、这些蚊子对杀虫剂的抗性也可能增强了。不过,Oxitec反驳称文中充满了不负责任、有误导性的猜测,并且文中提到的“交配偏向”现象在全球范围内从未被观测到。今年3月,《科学报告》发表了一篇编辑部关切,表示Powell的文章存在一些不清晰、具有误导性的表述或是缺乏证据的观点。

在之前研究的基础上,Oxitec公司又于近年升级了其转基因蚊子技术。相较于初代技术,这款名为OX5034的第二代转基因蚊子实现了对“工具蚊”的重复利用。在第一代技术中,转基因雄蚊的后代无论性别,都几乎无法存活;而第二代技术仅仅杀死吸血、传播病原体的雌蚊,而在雄蚊后代中,有一半携带致命基因,它们能将基因继续传递给后代,开启种群的自我毁灭程序。随着繁殖代数的增加,这种基因的比例都会降低,直至从环境中消失。

2018年,OX5034首先在巴西圣保罗州进行了小规模野外实验,结果当地蚊子种群数量下降了96%。而此次佛罗里达州通过的,正是基于OX5034转基因蚊子的野外释放实验。此外,一项在美国得克萨斯州的OX5034转基因蚊子投放实验也已经获得美国环境局的批准,正在等待州政府的最后批准。

Oxitec公司的科学家Kevin Gorman表示,截至目前,该公司已经在全球释放了超过10亿只转基因蚊子,没有观测到任何负面效应。而新一代转基因蚊子的效果如何,能否安全、高效地减少当地蚊子种群数量,这两项即将启动的实验将带给我们答案。

参考链接:

https://www.the-scientist.com/news-opinion/750-million-gm-mosquitoes-will-be-released-in-the-florida-keys-67855

https://www.oxitec.com/en/news/oxitec-response-scientific-reports-article

https://www.oxitec.com/brazil

https://www.fda.gov/files/animal%20&%20veterinary/published/Oxitec-Mosquito—Draft-Environmental-Assessment.pdf

转基因蚊子试验惹争议:想让蚊子不孕不育,却产生了新变种?

本文来自微信公众号:环球科学(ID:huanqiukexue),作者:吴非

转基因蚊子出征!美国一地决定释放7.5亿只,将消灭当地蚊群?|转基因蚊子

埃及伊蚊(图片来源:James Gathany/wikipedia)埃及伊蚊(图片来源:James Gathany/wikipedia)

世界上最危险的动物是什么?从不同角度考虑,这个问题的答案五花八门。但要用数据说话,选出人类的头号杀手,蚊子当之无愧。下图直观展现了各种动物每年致死的人数:根据比尔及梅琳达·盖茨基金会的估算,蚊子每年导致超过70万人死亡,远远超过包括我们人类自身在内的其他动物(在不同来源的统计中,这一数字有所差异,但无一例外,蚊子都是最致命的动物)。

蚊子致人死亡的关键就在于它们携带的超过15种病原体。通过雌蚊的叮咬,这些病原体可以传染给人类。其中,最危险的疟疾每年可能导致60多万人丧命,而黄热病、登革热、流行性乙型脑炎等疾病也都会造成上万人死亡。此外,淋巴丝虫病、寨卡等疾病虽然通常不会致命,但也可能造成终身伤残。与此同时,蚊子造成的经济损失也同样惊人。仅仅在巴西,登革热每年造成的直接医疗和间接经济损失就高达13.5亿美元,这还没有算上每年为控制登革热而投入的10亿美元。

不顺利的灭蚊之路

人类与蚊子的斗争可谓“自古以来”。进入20世纪,随着现代化学与生物技术的介入,拥有了更多灭蚊武器的人类,开始从防蚊转为试图大规模消灭蚊子种群。不过,杀灭蚊子的早期尝试并不顺利。

最初的武器是如今早已臭名昭著的杀虫剂DDT。在人们深刻认识到DDT带来的环境与健康问题之前,DDT从上世纪40年代开始被广泛使用,并且的确取得了显著的成效:在一些疟疾严重的地区,这种致命疾病很快消失了。不过随着人们逐渐认识到使用DDT只是饮鸠止渴,这种化合物在上世纪70年代退出了历史舞台。

另一项被寄予厚望的灭蚊手段是昆虫绝育技术(sterile insect technique,SIT)。这项技术的策略是在实验室中通过辐射破坏雄性幼虫的生育能力,这样它们在野外与雌性交配,产下的卵将无法孵化。20世纪50年代起,昆虫绝育技术在消灭美洲的螺旋蝇(Cochliomyia hominivorax)时大获成功。当时,这类能够在牲畜(尤其是牛)身上的小伤口中产卵、孵化,并造成宿主死亡的食肉蝇,每年仅仅给美国畜牧业造成的损失就超过2亿美元。在应用这项技术后,美洲各国的螺旋蝇数量急剧下降,1982年,螺旋蝇在包括美国在内的一些中北美国家被完全消灭。

但是,这项技术用于灭蚊时,却遇到了问题。相比于螺旋蝇,蚊子的幼虫更加脆弱,被辐射照射的雄蚊的生存能力也下降了,因此它们无法与足够的雌蚊交配。目前在苏丹等地,通过昆虫绝育技术灭蚊的研究仍在实验阶段。

转基因灭蚊实验

时间来到21世纪,转基因技术逐渐成为灭蚊新武器,并且已经在野外实验中取得了一些阶段性的成效。就在上周,美国佛罗里达州宣布,将开展一项大规模转基因灭蚊实验。该计划最初于今年5月获得美国环境局的批准,并在上周获得了佛罗里达群岛的蚊虫管控区的最终许可。根据这项计划,自2021年起,在为期两年的时间内,研究人员将在佛罗里达群岛分批释放共7.5亿只转基因雄性埃及伊蚊(这类蚊子是登革热、黄热病、寨卡等疾病的传播媒介)。

看到这里,一些读者可能会产生一丝担心:转基因技术会不会造成意想不到的后果?其实,这并不是转基因蚊子的首次登场。早在2013年,一项著名的转基因蚊子释放实验就在巴西开展。而这两项转基因蚊子野外实验背后,都是一家名为Oxitec的英国生物技术公司。

2002年,这家原名为牛津昆虫技术(Oxford Insect Technologies)的公司成立。Oxitec的目标是用转基因手段来打造“昆虫杀虫剂”,从而控制昆虫(具体而言,是埃及伊蚊)的数量。为此,Oxitec的研究人员使用了释放携带显性致死基因昆虫技术(release of insects carrying a dominant lethal, RIDL)。他们在雄性埃及伊蚊体内植入一种能表达四环素转录调控蛋白的“致死”基因。在实验室中,四环素的存在抑制了致死基因的活性,因此蚊子可以正常存活。但当它们进入野外并与雌性交配产生后代后,由于野外不存在四环素,这些蚊子后代的细胞发育将受到抑制、无法存活,即使侥幸存活也“不孕不育”。

2007年,Oxitec通过上述策略研发出第一代转基因蚊——OX513A。在一系列小规模的野外实验后,2013年起,Oxitec每周向巴西东部巴伊亚州的雅科比纳市投放大约45万只转基因雄蚊。在27个月的时间内,他们总计投放近5000万只蚊子。这次实验也取得了令人惊喜的效果——根据Oxitec的报道,当地野生埃及伊蚊的总数下降了90%以上。

这项实验也遭到了一些质疑,例如耶鲁大学的演化生物学家Jeffrey Powell就在《科学报告》上发表文章质疑称,很多当地蚊子都拥有来自转基因蚊子的遗传物质、这些蚊子对杀虫剂的抗性也可能增强了。不过,Oxitec反驳称文中充满了不负责任、有误导性的猜测,并且文中提到的“交配偏向”现象在全球范围内从未被观测到。今年3月,《科学报告》发表了一篇编辑部关切,表示Powell的文章存在一些不清晰、具有误导性的表述或是缺乏证据的观点。

在之前研究的基础上,Oxitec公司又于近年升级了其转基因蚊子技术。相较于初代技术,这款名为OX5034的第二代转基因蚊子实现了对“工具蚊”的重复利用。在第一代技术中,转基因雄蚊的后代无论性别,都几乎无法存活;而第二代技术仅仅杀死吸血、传播病原体的雌蚊,而在雄蚊后代中,有一半携带致命基因,它们能将基因继续传递给后代,开启种群的自我毁灭程序。随着繁殖代数的增加,这种基因的比例都会降低,直至从环境中消失。

2018年,OX5034首先在巴西圣保罗州进行了小规模野外实验,结果当地蚊子种群数量下降了96%。而此次佛罗里达州通过的,正是基于OX5034转基因蚊子的野外释放实验。此外,一项在美国得克萨斯州的OX5034转基因蚊子投放实验也已经获得美国环境局的批准,正在等待州政府的最后批准。

Oxitec公司的科学家Kevin Gorman表示,截至目前,该公司已经在全球释放了超过10亿只转基因蚊子,没有观测到任何负面效应。而新一代转基因蚊子的效果如何,能否安全、高效地减少当地蚊子种群数量,这两项即将启动的实验将带给我们答案。

雨天蚊子多,其实他们在干“正事”

本文来自微信公众号:biokiwi(ID:biokiwi),作者:无奶树,题图来自:视觉中国

“为什么下雨天蚊子那么多?”

很开心,上周在后台有人留言给我们提供了宝贵的写作素材。虽然怠惰而又死宅的我拖了一周才开始动笔,但是一定会认真回答这个问题的。

下雨天似乎我们的屋子里蚊子就会特别多,而且除了蚊子,还有一些昆虫总会不经意地“造访”你的卧室,给你带来一次次“惊喜”。那么到底为什么这些虫子喜欢往我们屋子里跑呢?今天我们就来一起探讨一下这个话题。

亲爱的,为人类的血液,干杯(图源水印)

大家应该都知道“飞蛾扑火”,就是很多像飞蛾一样的虫子,会一股脑地朝火光或者灯光飞过去。这其实是很多昆虫中会有的现象,趋光性。除了光,其实还有很多的趋x性,而这些,其实是和这些昆虫喜爱的生活环境相关的。

比如说刚刚说的趋光性,其实是飞蛾会追寻月亮的光,并以此来朝着一定笔直的方向前进。(可惜人类发明了火,它们跳进火里的时候应该是一脸懵逼的)

又有趋温性,有一些昆虫会朝着温暖或者寒冷的地方前进,以获取他们所需要的资源。比如臭虫,就喜欢向温度高的地方集中,这应该与它们喜欢吸食温血动物血液的食性有关。

还有趋化性,比如我们熟知的蜜蜂蝴蝶,在感受到花朵中花蜜释放的香气时,便会朝着一定的方向去寻找这些花蜜。

(图源:维基百科)

讲完这些趋向性,我们再看回我们的主角,蚊子。蚊子其实就是一种具有趋向性的昆虫,不一样的是它们会趋向于富含二氧化碳、热以及汗水的地方。为什么会有这样的趋向呢?

其实叮咬我们的都是雌性蚊子,它们摄食(对于我们来讲就是吸血)的目的是为了在交配产卵之前,获取充足的养分。而血液的养分远高于一般的花蜜、水果,因此就会选择吸血。简单来讲,叮你,是为了“啪啪啪”。

而在饱餐一顿之后,蚊子完成交配,便会开始产卵。蚊子的发育和我们熟知的毛毛虫变成蝴蝶类似(但是显然并不好看),都要经历“卵-幼虫-蛹-成虫”的过程。

蚊子的卵会产在水里。不管是江河湖泊,还是你家里的小水坑,蚊子都可以产卵。

而之后,卵会孵化出幼虫,幼虫的名字倒是非常有趣,孑孓(jié jué)。这些幼虫会把自己的尾部的呼吸管贴着水面,来进行呼吸。而沉在水中的口部,则会在刷毛的摆动下,摄取水中的有机物或者微生物。有些其他种类的蚊子还会在植物中,或者海边产卵,可见其生存范围之广。

最后经过四次蜕皮,发育成蛹,最后成熟为我们见到的蚊子。

蚊子的幼虫孑孓,大图慎点(图源:维基百科)

我们这时再回到最初提的问题:为什么下雨天蚊子特别多?从蚊子的生活史来分析,下雨天周围的潮湿环境适宜蚊子产卵繁殖,而人们聚集在室内,二氧化碳浓度更高,热量也更高,而且室内的水池,水洼也特别多。蚊子们感知到这些因素,再结合春夏秋季节适宜的温度,便会大批行动起来,“成群结队”地进入你家里,准备进行它们这辈子最重要的事,繁衍后代。

蚊子遇到水滴会被砸死吗?(图源网络)

但这时可能有人会问了:雨下得这么大,可不可以砸死蚊子啊?理论上讲,蚊子那细小的身板,要是遇到重量是它50倍的水滴,那就好比我们人身上砸了一辆两三吨重的汽车,绝对会活活砸死的。可惜并不是这样,不然你下雨就看不见蚊子了。

站在物体上的蚊子遇到水滴一般会被压死(图源:胡立德)

有科学家利用高速摄像机结合设计的实验装置,希望来探究蚊子在遇到水滴时是怎么避免被砸死的。确实如果蚊子被固定在物体表面无法动弹,水滴落下,速度骤变为0,万倍于蚊子体重的力压下蚊子直接死亡了。

但是,在空中的蚊子却仿佛一位太极宗师一般,玩起了“四两拨千斤”。大家看得到蚊子的体型很小,飞行时雨滴更多的会接触到蚊子的腿或者翅膀。这时蚊子会顺势随着水滴向下降落,并且身体发生倾斜,雨滴也就顺着身侧滑了过去。而蚊子又再调整自己飞行回到原来的高度。

蚊子:看我四两拨千斤,让你一拳打棉花上!(图源:胡立德)

而这样的研究能被发表在著名期刊,又能获得美国菠萝科学奖,原因其实是其中的一些机械原理,可能能给我们的工程师和科学家提供研究的新思路。

参考资料:

【菠萝科学奖】蚊子为什么没有被雨滴砸死?-胡立德,果壳网

Andrew K. Dickerson, Peter G. Shankles, Nihar M. Madhavan, and David L. Hu. (2012). Mosquitoes survive raindrop collisions by virtue of their low mass. Proceedings of the National Academy of Sciences. doi:10.1073/pnas.1205446109

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本文来自微信公众号:biokiwi(ID:biokiwi),作者:无奶树