蚊子可利用红外线定位人类 成为最致命的捕食者

加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员发现，蚊子，特别是埃及伊蚊，会利用红外线辐射来提高它们寻找宿主的能力。这一发现是对二氧化碳和气味等已知线索的补充，为了解蚊子的行为提供了新的视角，并为蚊子控制策略提供了潜在的进步。图片来源：DeBeaubien 和 Chandel 等人编辑

尽管许多人认为蚊子叮咬只是暂时的困扰，但在世界上的某些地方，蚊子叮咬会带来严重甚至致命的影响。一种蚊子，埃及伊蚊，每年传播导致超过上亿例登革热、黄热病、寨卡病和其他疾病的病毒。另一种是冈比亚按蚊，传播导致疟疾的寄生虫。据世界卫生组织估计，仅疟疾每年就造成 40 多万人死亡。事实上，蚊子传播疾病的能力为它们赢得了"最致命动物"的称号。

雄蚊无害，但雌蚊需要血液来发育它们的卵。100 多年来，科学家一直在研究蚊子如何找到宿主。在此期间，科学家们发现这些昆虫并不依赖单一的线索。相反，它们会整合来自不同距离的多种感官信息。

宽松的衣服透出的红外更少。资料来源：DeBeaubien 和 Chandel et al.

蚊子感官研究取得突破性进展

由加州大学圣巴巴拉分校领导的新研究揭示了蚊子用来寻找宿主的另一种感官：红外线探测。当二氧化碳和人类气味结合在一起时，来自与人类皮肤温度大致相同的红外线辐射源使昆虫寻找宿主的总体行为增加了一倍。蚊子在寻找宿主时，绝大多数都会朝这个红外辐射源方向移动。研究人员还发现了这种红外探测器的位置，以及它在形态和生化水平上的工作原理。研究结果详见《自然》杂志。

"我们研究的埃及伊蚊在寻找人类宿主方面非常熟练，这项研究揭示了它们是如何做到这一点的。"共同第一作者尼古拉斯-德鲍比恩（Nicolas DeBeaubien）说，他曾是加州大学伯克利分校克雷格-蒙泰尔（Craig Montell）教授实验室的研究生和博士后研究员。

蚊子触角末端的凹坑遮挡了探测热红外的钉状结构。资料来源：DeBeaubien 和 Chandel et al.

蚊子对红外线辐射的依赖

"埃及伊蚊（Aedesaegypti）等蚊子利用多种线索从远处锁定宿主，这一点已经得到公认。这些线索包括我们呼出的二氧化碳、气味、视觉、我们皮肤的[对流]热量和我们身体的湿度，"共同第一作者 Avinash Chandel 解释说，他目前是蒙泰尔研究小组在加州大学伯克利分校的博士后。然而，这些线索都有局限性。昆虫的视力很差，强风或人类宿主的快速移动都会让它们失去对化学感官的追踪能力。因此，作者们想知道蚊子能否探测到更可靠的方向线索，比如红外线辐射。

在大约 10 厘米的范围内，这些昆虫可以探测到我们皮肤散发的热量。一旦它们着陆，就能直接感知我们皮肤的温度。这两种感觉与三种热传递方式中的两种相对应：对流，即热量被空气等介质带走；传导，即热量通过直接接触传递。但是，当热能转化为电磁波（通常是光谱中的红外线（IR）范围）时，也可以传播更远的距离。红外线可以加热任何照射到的物体。蝮蛇等动物可以从温暖的猎物身上感知热红外线，研究小组想知道埃及伊蚊等蚊子是否也可以。

了解蚊子的红外感应机制

研究人员把雌蚊关在笼子里，在两个区域测量它们寻找宿主的活动。每个区域都暴露在与我们呼出的浓度相同的人类气味和二氧化碳中。但是，只有一个区域还暴露在来自皮肤温度源的红外线下。红外辐射源与试验室之间隔着一层屏障，防止通过传导和对流进行热交换。然后，他们数了数有多少蚊子开始探头探脑，好像在寻找静脉。

加入来自 34 摄氏度（大约皮肤温度）的热红外线后，昆虫寻找宿主的活动增加了一倍。这使得红外辐射成为蚊子用来确定我们位置的一种新的感官。研究小组发现，红外辐射在大约 70 厘米（2.5 英尺）的范围内仍然有效。

德鲍比恩说："在这项工作中，最让我印象深刻的是红外线最终成为了一个多么强大的线索。一旦我们把所有参数都调整得恰到好处，结果无疑是显而易见的"。

以前的研究没有观察到热红外线对蚊子行为的影响，但资深作者克雷格-蒙泰尔（Craig Montell）怀疑这与研究方法有关。勤奋的科学家可能会尝试只提供红外信号而不提供任何其他线索，从而隔离热红外对昆虫的影响。"但任何一个单独的线索都不会刺激昆虫寻找宿主的活动。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，"分子、细胞和发育生物学杜根和杰出教授蒙泰尔说。事实上，他的研究小组在只有红外线的测试中也发现了同样的情况：红外线本身没有影响。

热红外线引导

蚊子不可能像探测可见光那样探测热红外辐射。红外线的能量太低，无法激活动物眼睛中探测可见光的视网膜蛋白。波长超过 700 纳米的电磁辐射不会激活视网膜视蛋白，而体热产生的红外线波长约为 9300 纳米。蒙泰尔说，事实上，没有一种已知的蛋白质能被如此长波长的辐射激活。但还有另一种检测红外线的方法。

考虑一下太阳散发的热量。热量转化为红外线，流经虚空。当红外线到达地球时，它会撞击大气层中的原子，传递能量并使地球变暖。蒙泰尔说："热量转化为电磁波，而电磁波又重新转化为热量。他指出，来自太阳的红外线的波长与我们身体热量产生的红外线不同，因为波长取决于来源的温度。"

作者认为，也许我们的体温会产生红外线，然后击中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。

科学家们已经知道，蚊子触角的尖端有热感应神经元。研究小组发现，移除这些触角可以消除蚊子探测红外线的能力。事实上，另一个实验室在触角末端发现了温度敏感蛋白 TRPA1。加州大学伯克利分校的研究小组观察到，没有编码该蛋白的功能性trpA1基因的动物无法检测到红外线。

每根天线的顶端都有非常适合感应辐射的坑式结构。凹坑使钉子免受传导热和对流热的影响，从而使高度定向的红外辐射能够进入并加热该结构。然后，蚊子利用 TRPA1（本质上是一种温度传感器）来探测红外辐射。

红外探测的生化启示

仅凭热激活 TRPA1 通道的活性可能无法完全解释蚊子能够探测到红外线的范围。完全依赖这种蛋白质的传感器在研究小组观察到的 70 厘米范围内可能并不有用。在这个距离上，坑中钉结构可能没有收集到足够的红外线来加热它，从而激活 TRPA1。

幸运的是，蒙泰尔的研究小组根据他们之前在 2011 年对果蝇进行的研究，认为可能存在更敏感的温度受体。他们发现了一些对温度微小升高相当敏感的视网膜视蛋白家族中的蛋白质。虽然人们最初认为视网膜红蛋白只是光探测器，但蒙泰尔的研究小组发现，某些视网膜红蛋白可以被各种刺激触发。他们发现，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。经过进一步研究，研究人员发现，在蚊子体内发现的 10 种视网膜蛋白中，有两种与 TRPA1 蛋白一样在触角神经元中表达。

敲除 TRPA1 会消除蚊子对红外线的敏感性。但是，Op1 或 Op2 这两种视紫红质中任何一种有缺陷的昆虫都不受影响。即使同时敲除两种视紫红质，也不能完全消除动物对红外线的敏感性，尽管这种敏感性会大大减弱。

他们的研究结果表明，更强烈的热红外线--就像蚊子在更近的距离（例如 1 英尺左右）体验到的热红外线--会直接激活 TRPA1。同时，Op1 和 Op2 可以在较低水平的热红外线下被激活，然后间接触发 TRPA1。由于我们的皮肤温度是恒定的，因此提高 TRPA1 的灵敏度可以有效地将蚊子的红外传感器范围扩大到 2.5 英尺左右。

对全球健康和蚊虫管理的影响

钱德尔说，全球有一半人口面临蚊子传播疾病的风险，每年约有十亿人受到感染。此外，气候变化和全球旅行使埃及伊蚊的活动范围超出了热带和亚热带国家。这些蚊子现在出现在美国一些几年前从未发现过它们的地方，包括加利福尼亚州。

研究小组的发现可以为改进抑制蚊子数量的方法提供一种途径。例如，将来自皮肤温度附近的热红外辐射源纳入捕蚊器，可以使捕蚊器更加有效。这些发现还有助于解释为什么宽松的衣服在防止蚊虫叮咬方面特别有效。它不仅能阻挡蚊子到达我们的皮肤，还能让红外线在我们的皮肤和衣服之间消散，这样蚊子就无法探测到它。

"尽管蚊子的体型很小，但它们造成的人类死亡却比任何其他动物都要多，"德鲍比恩说。"我们的研究加深了人们对蚊子如何攻击人类的了解，并为控制蚊媒疾病的传播提供了新的可能性。"

编译自/ScitechDaily