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蚊子为啥这么爱咬你?

文章出处:未知 人气: 发表时间:2018-10-05

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嗡星人大概是人类最讨厌的昆虫之一了:它们不仅会吸血,会给人留下奇痒难忍的包,更是很多病原体的中间宿主——比如黄热病,以及近来在广东肆虐的登革热。为了弄清是什么让一种叫埃及伊蚊(Aedes aegypti)的蚊子爱上人血,洛克菲勒大学的研究(research)团队深入了肯尼亚沿岸的丛林。现阶段的结果今天发表在《自然》杂志上。
在所有的昆虫里,有约一万个物种以动物血液为食,其中的一百来种则偏好人类的血液——这样的偏好更可能(maybe)是近期才在偏好动物血的基础上发展而来的。
埃及伊蚊尤其如此:它们的祖先生活在亚沙哈拉森林里,只叮其他动物。后来,其中一部分埃及伊蚊继续在森林里循规蹈矩地骚扰那里的动物,另一部分却逐渐喜欢上了人类的血,从此不仅随人类到了世界各地,还将登革热和黄热病一并带了出去。
“大家调查了非洲东海岸(肯尼亚)林区和人类居住区的蚊子种群。这里是已知的世界上唯一一个有两种类型的埃及伊蚊共存的地方。”文章的第一编辑、卡罗琳·麦克布赖德(Carolyn S. McBride)表示,“生活在拉巴依(Rabai)的这些种群在上世纪六七十年代被详细(xiáng xì)地研究过,研究者们记录了许多它们的有趣行为,以及生理和形态(pattern)差异。但自那之后,就没有人再研究它们了,也没有人检查过这些差异的遗传基础。这项研究刚开始时,大家都不知道这两个类型的蚊子是否依然都存在肯尼亚沿海。”
研究小组在拉巴依的居民区室内外和林区都进行了蚊子采集。图a:样本采集地点。图示分别为:屋形:室内(Indoor);树形:室外(Outdoor);灰色点:建筑(Building);绿色区域(Forest);蓝色线条:河流(River);双线条:道路(Road)。图b:室内样本采集装置;图c:室外样本采集装置;图d:居民区(Domestic)和林区(Forest)的埃及伊蚊
带着这种不确定,研究小组在肯尼亚的居民区和林区都采集了埃及伊蚊,并记录下幼虫和成虫样本所在的地区。随后,他们在实验(experiment)室中培养出了29群蚊子进行深入观察和研究。
分析(Analyse)结果发现,这29群蚊子则各自展现出不同程度的偏向,提示两类偏好不同的同种蚊子在35年后依然共同生活在拉巴依——它们虽然仍是一个物种,但长相上的差别却很显著(striking):居民区的蚊子不仅体色更接近棕色,腹部的纹路也不一样。如何灭蚊包括口腔、咽、食管、胃、肠及肛门。胃是消化道的主要部分,食物的消化与吸取均在胃内进行。在前胸内有1 对唾腺,每一唾腺分3 叶,每叶有一小唾腺管,最后汇合成总唾腺管,通入舌内。
不过相比起行为上的差别,体色和纹路的差异可谓是细枝末节。
在随后的研究(research)中,研究人员用多种方法测试(TestMeasure)居民区和林区的蚊子对不同食物来源和气味的偏好情况(Condition),其中之一便是极度体现科学献身精神的叮咬实验。
在实验中,33岁的编辑贡献出自己的手臂,和一只被麻醉(anesthesia)的豚鼠共同喂蚊子——通过(tōng guò)统计吸人血和吸豚鼠血的蚊子个数,研究(research)者得到了两类蚊子的偏好。如何灭蚊腹部:分11 节,第一节不易查见;2~8 节明显可见,有的蚊种在其背面具有由淡色鳞片组成的淡色横带、纵条或斑;最末3 节变为外生殖器。雌蚊腹部末端有尾须一对,雄蚊则为钳状的抱器,构造复杂,是鉴别蚊种的重要依据。
总的来说,居民区的蚊子在研究者手上留下的“吻痕”比在豚鼠上的多。同时,它们也更喜欢朝有“人味”的地方飞。
研究人员用多种方法测试(TestMeasure)蚊子对不同食物来源和气味的喜好。左图中,研究人员将手伸入装有豚鼠和蚊子的容器中,一定时间后分别统计叮咬人手和豚鼠的蚊子个数。右图中,容器一端的两个不同部位开有小口,分别用二氧(Oxygen)化碳(C)(CO2)将人类或者豚鼠的气味吹向孔内。研究人员会记录蚊子在这两个部位聚集的程度
为了探究这两种叮咬偏好背后的遗传和分子基础,研究(research)小组让这两类蚊子进行杂交,并在随后让子一代自交,产生子二代,以方便进行数量性状分析。杀蚊子胸部:分前胸、中胸和后胸,每胸节有足1 对,中胸有翅1 对,后胸有1 对平衡棒,中胸、后胸各有气门 1 对。中胸特别发达,其背板几乎占据全胸背,由前而后依次为盾片、小盾片及后背片。库蚊和伊蚊的小盾片呈叶状,缘毛在凸叶上,按蚊的小盾片后缘呈弧形,缘毛分布均匀。
由于对蚊子而言,触角就好像它们的“鼻子”,研究(research)者集中对雌蚊的触角进行了RNA测序,对喜欢叮人和叮豚鼠的雌蚊的基因表达差异。如何灭蚊包括口腔、咽、食管、胃、肠及肛门。胃是消化道的主要部分,食物的消化与吸取均在胃内进行。在前胸内有1 对唾腺,每一唾腺分3 叶,每叶有一小唾腺管,最后汇合成总唾腺管,通入舌内。
结果发现,与喜欢叮豚鼠的蚊子相比,喜欢叮人的蚊子触角中有14个基因发生了相同趋势的表达差异。
“其中的两个基因编码气味受体,AaegOr4(伊蚊气味受体4,简称OR4)则是其中之一。”麦克布赖德先容道,“大家选择关注AaegOr4而不是另一个,因为它在叮人雌蚊的触角中的绝对表达水平也很高。但另一个气味受体也可能(maybe)参与了(气味喜好差异的形成)。大家将在下一步实验中研究(research)它。”
麦克布赖德和她手上的实验对象:埃及伊蚊Aedes aegypti(左)和Aedes aegypti formosus(右)
OR4是检测什么气味的呢?研究小组将这个基因转到了模式动物果蝇的身上,以便于进一步分析。他们收集了人类和动物散发出来的气味,发现和动物比起来,人类散发的甲基庚烯酮(tóng)尤其多——而转有OR4的果蝇对甲基庚烯酮的气味也格外敏感。
不仅如此,研究(research)者发现,他们采集的蚊子中一共存在7个等位基因编码OR4,而且表达产物对甲基庚烯酮的敏感程度不同,而在喜好人类气味的蚊子中,对甲基庚烯酮敏感度高的几种OR4恰好有着比较高的基因频率(frequency),而且基因的表达水平也更高。灭蚊子口器为刺吸式,像一根极细的注射器针头。大部分种类雌蚊的口器都适合刺吸血液。蚊体表覆盖形状及颜色不同的鳞片,使蚊体呈不同的颜色。这是鉴别蚊类的重要依据之一。翅脉上也有鳞片,翅后缘有缘鳞。多为夜行性动物。
这是否意味着大家找到了诱使蚊子吸人血的关键气味因子呢?麦克布赖德澄清了这一误解:“大家不认为AaegOr4是唯一一个造成蚊子这种行为变化的基因,可能还有其它遗传变化参与其中。”
换言之,OR4只是养成蚊子叮人这个喜好的一小步,而这项研究(research)有助于人们更好地理解分子机制对动物行为的影响(influence)。
有意思的是,甲基庚烯酮(tóng)的气味在浓度较高时还被用于避蚊。麦克布赖德表示,这并不与他们的发现相矛盾:“有可能是甲基庚烯酮在混合气味中才会帮助蚊子确认是人类。但这并不意味这甲基庚烯酮越多,闻起来就更有‘人味’。”
她说:“蚊子们可能只喜欢一丁点甲基庚烯酮(tóng)味,太浓了就不喜欢了。这就像盐之于人类一样。大家喜欢在食物里加盐——但如果加多了,大家就不喜欢了。”

 

 

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