蚊子如何找到人类目标？

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  寻找人类目标  


蚊子对人类健康具有不可忽视的影响。它们常被称为是世界上最危险的动物，因为这些吸血昆虫会传播疟疾、登革热、西尼罗病毒、寨卡以及其他致命疾病，这些疾病每年能导致超过77万人死亡。在已知的3500种蚊子中，大约有100种已经进化成嗜人性蚊种，也就是说，它们会优先以人类为目标。埃及伊蚊（Aedes aegypti）就是这样一种嗜人性蚊种，其雌性埃及伊蚊会利用一整套线索来定位人类宿主。


过去，科学家已经研究过某些线索如何吸引蚊子。他们的主要测试方法是在风洞中搭建实验，让气味分子和二氧化碳等化学线索随气流飘散，然后研究蚊子如何作出反应。除了化学线索外，视觉刺激也能引导蚊子飞行到距离人类目标数米的范围内。一旦与目标直接接触，皮肤气味、热量和湿度等线索就会帮助蚊子降落，并选择一个位置刺探毛细血管。


尽管相关研究已经持续了几十年，但关于蚊子究竟是如何整合这些线索来定位目标的，仍然没有得到很好的理解。由于还无法预测蚊子的飞行行为，目前的捕蚊器等常用装置在捕获来袭蚊子方面的效率通常只有10%到50%。


现在，在一项新发表于《科学进展》的研究中，一个研究团队基于蚊子在不同感觉线索存在条件下飞行的实验，建立了首个蚊子飞行的三维模型，识别出了蚊子在响应感觉刺激时表现出的三种飞行模式。研究人员表示，这一新模型可以用来预测蚊子在受到其他线索影响时会如何飞行，例如热量、湿度以及某些气味等线索。这将有助于设计出更有效的诱捕器和蚊虫防控策略。




  三类实验 


在这项新的研究中，研究人员让雌性埃及伊蚊在一个狭长、白色、略微倾斜的长方形房间内飞行，房间周围布置的摄像机记录下每只蚊子飞行时的详细三维轨迹。在房间中央，他们放置了一个物体，用来代表某种视觉或化学线索。


他们开展了三类实验，包括自由飞行实验、人体模拟实验和真人实验。在自由飞行试验中，他们将100只蚊子释放到一个空舱室中，让它们飞行20分钟。


在人体模拟实验中，他们将直径分别为0.10、0.20、0.30 和 0.41米的膨胀聚苯乙烯球体置于一个距离地面152厘米高的支架上，它们有的被涂成黑色，有的保持原本裸露的白色，作为人类目标的模拟物。在房间白色背景的映衬下，蚊子能够看到黑色的球。这可以测试视觉线索的影响。


为了研究二氧化碳的影响，他们设置了一个白球，让一根管子从球体穿过，以与人类呼气相近的速率释放二氧化碳。这部分测试的是化学线索的影响。此外，他们还利用一个会释放二氧化碳的黑球，来研究蚊子在同时面对视觉和化学线索时的反应。


最后，他们观察了蚊子在一名人类志愿者周围的行为，该志愿者穿着一系列不同服装，包括“日常服装”（深色运动衫和牛仔裤）、一套一侧为黑色另一侧为白色的服装，以及一套带有黑色包裹层的白色服装。




  三种飞行模式  


在20组实验中，团队总共获得了超过5300万个数据点，以及超过477,220条蚊子飞行轨迹。研究人员基于这些测量结果建立了蚊子飞行行为模型。


他们提出了一大类动力学方程。起初，预测蚊子飞行路径的方程非常复杂，包含很多项，其中也包括视觉线索与化学线索相对重要性的权重。接着，研究人员根据数据的不断迭代，逐步降低方程的复杂度，直到得到那个仍然与数据吻合的最简模型。最终，研究团队将模型精简为一个简单的形式，只要给定视觉线索、化学线索，或两者同时存在的情况，它就能准确预测蚊子会如何飞行。


研究人员发现，蚊子对单独某一种线索作出的飞行反应明显不同。而有趣的是，当两种线索同时存在时，最终形成的飞行路径并不是“叠加”的。换句话说，当蚊子既能看见目标、又能闻到目标时，它并不会简单地把分别看到和闻到目标时的飞行路径叠加起来。


具体来说，研究表明：

• 当蚊子只能看到一个潜在目标时，它们会采取一种“飞掠式”接近方式：迅速朝目标俯冲过去；如果没有探测到任何其他能够确认宿主存在的线索，就会再飞离开来。
  

• 当蚊子看不见目标、但能够闻到诸如二氧化碳这样的化学线索时，它们会采用一种“来回试探”的方式：放慢速度，在源头附近来回穿梭，以便靠近目标。
  

• 当蚊子同时接收到视觉和化学线索时，例如既看到一个轮廓、又闻到二氧化碳，它们就会切换到一种“环绕式”模式，在准备降落时以稳定速度绕着目标飞行，就像鲨鱼环绕猎物那样。
  

  让捕蚊器更懂蚊子  


这样的结果表明，当设计捕蚊器时，捕蚊器需要经过专门校准的“多感官”诱饵，才能让蚊子保持足够长时间的关注，从而被捕获。


显然，人类还会释放出其他线索，比如气味、热量和湿度。研究人员表示，对于埃及伊蚊来说，视觉线索和二氧化碳线索最为重要。另外，研究人员表示，这个模型还能被应用到其他物种上，研究它们对其他感觉线索的反应。

#参考来源：

https://news.mit.edu/2026/new-model-predicts-how-mosquitoes-will-fly-0318

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz7063

#图片来源：

封面图&首图：MIT News

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