虽然蚊子叮咬通常只是暂时的困扰，但在世界许多地方，蚊子叮咬却可能令人恐惧。一种蚊子——埃及伊蚊——传播的病毒每年导致超过1亿例登革热、黄热病、寨卡病毒和其他疾病。另一种蚊子——冈比亚按蚊——传播的寄生虫导致疟疾。世界卫生组织估计，仅疟疾每年就导致超过40万人死亡。事实上，它们传播疾病的能力使蚊子获得了最致命动物的称号。

雄蚊无害，但雌蚊需要血液来发育卵子。毫不奇怪，人们对它们如何找到宿主进行了100多年的严格研究。在此期间，科学家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许多不同感官的信息。

加州大学圣巴巴拉分校的研究人员领导的团队为蚊子记录的感知能力添加了另一种感知能力：红外探测。当红外辐射源的温度与人类皮肤温度大致相同时，再加上二氧化碳和人类气味，蚊子寻找宿主的行为就会增加一倍。

蚊子在寻找宿主时，绝大多数都会朝这个红外源方向移动。研究人员还发现了这个红外探测器的位置以及它在形态学和生化层面上的工作原理。研究结果详见《自然》杂志。

“我们研究的埃及伊蚊非常擅长寻找人类宿主，”共同主要作者、加州大学圣塔芭芭拉分校前研究生、克雷格蒙特尔教授实验室博士后研究员尼古拉斯·德博比恩(NicolasDeBeaubien)表示。“这项研究为它们如何做到这一点提供了新的见解。”

热红外引导

众所周知，埃及伊蚊等蚊子会利用多种线索从远处追踪宿主。“这些线索包括我们呼出的二氧化碳、气味、视觉、皮肤的[对流]热量以及我们身体的湿度，”共同第一作者、加州大学圣塔芭芭拉分校Montell团队的博士后AvinashChandel解释道。

“然而，这些线索都有局限性。”蚊子的视力很差，强风或人类宿主的快速移动会干扰它们对化学感官的追踪。因此，作者想知道蚊子是否能探测到更可靠的方向线索，比如红外线。

在大约10厘米的范围内，这些昆虫可以感知到从我们皮肤升起的热量。一旦它们着陆，它们就可以直接感知我们皮肤的温度。这两种感觉对应于三种热传递方式中的两种：对流(通过空气等介质带走热量)和传导(通过直接接触传递热量)。

但热能转化为电磁波后也能传播更长的距离，电磁波一般在光谱的红外(IR)范围内。红外可以加热它接触到的任何东西。蝮蛇等动物可以感知温暖猎物发出的热红外，研究小组想知道埃及伊蚊等蚊子是否也能做到这一点。

研究人员将雌蚊放在笼子里，并在两个区域测量它们寻找宿主的活动。每个区域都暴露在人类气味和二氧化碳中，浓度与我们呼出的气体相同。然而，只有一个区域也暴露在与皮肤温度相同的红外线源中。一个屏障将源头与房间隔开，防止通过传导和对流进行热交换。然后他们计算了有多少只蚊子开始像寻找静脉一样进行探测。

添加来自34摄氏度光源(大约相当于皮肤温度)的热红外辐射使昆虫的宿主寻找活动增加了一倍。这使得红外辐射成为蚊子用来定位我们的一种新记录的感觉。研究小组发现它在70厘米(2.5英尺)的范围内仍然有效。

“这项工作最让我震惊的是，IR最终成为了一种强有力的线索，”DeBeaubien说道。“一旦我们得到所有参数，结果就显而易见了。”

先前的研究没有观察到热红外对蚊子行为的任何影响，但资深作者CraigMontell怀疑这归结于方法论。一位勤奋的科学家可能会尝试通过仅呈现红外信号而不提供任何其他线索来分离热红外对昆虫的影响。

“但任何单一的线索都无法刺激宿主寻找活动。只有在其他线索的背景下，如二氧化碳浓度升高和人体气味，红外线才会产生影响，”杜根和分子、细胞和发育生物学杰出教授蒙特尔说。事实上，他的团队在仅使用红外线的测试中也发现了同样的结果：单独的红外线没有影响。

感应红外线的技巧

蚊子无法像检测可见光那样检测热红外辐射。红外线的能量太低，无法激活动物眼睛中检测可见光的视紫红质蛋白。波长超过约700纳米的电磁辐射不会激活视紫红质，而体温产生的红外线波长约为9,300纳米。事实上，没有已知的蛋白质会被如此长的波长辐射激活，蒙特尔说。但还有另一种检测红外线的方法。

以太阳发出的热量为例。热量被转换成红外线，红外线穿过真空。当红外线到达地球时，它会撞击大气中的原子，从而传递能量并使地球变暖。“热量被转换成电磁波，电磁波又被转换回热量，”蒙特尔说。他指出，来自太阳的红外线与我们身体热量产生的红外线的波长不同，因为波长取决于光源的温度。

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。这将使蚊子能够间接探测辐射。

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，去除这些尖端会使蚊子失去检测红外线的能力。

事实上，另一个实验室在触角末端发现了温度敏感蛋白TRPA1。加州大学圣塔芭芭拉分校的研究小组发现，缺乏功能性trpA1基因(编码该蛋白)的动物无法探测红外线。

每根天线的尖端都有钉入坑结构，非常适合感应辐射。坑可以保护钉子免受传导和对流热的影响，使高度定向的红外辐射能够进入并加热结构。然后蚊子使用TRPA1(本质上是一种温度传感器)来检测红外辐射。

深入生物化学

仅凭热激活的TRPA1通道的活动可能无法完全解释蚊子能够探测到红外线的范围。仅依靠这种蛋白质的传感器在团队观察到的70厘米范围内可能没有用。在这个距离，钉入坑结构收集的红外线可能不足以加热到足以激活TRPA1的程度。

幸运的是，蒙特尔研究小组根据2011年对果蝇的研究成果认为可能存在更敏感的温度感受器。他们发现视紫红质家族中的几种蛋白质对温度的轻微升高非常敏感。

尽管视紫红质最初被认为是光探测器，但Montell的研究小组发现，某些视紫红质可被各种刺激触发。他们发现，这类蛋白质用途广泛，不仅参与视觉，还参与味觉和温度感知。经过进一步研究，研究人员发现，在蚊子身上发现的10种视紫红质中，有两种与TRPA1一样在相同的触角神经元中表达。

敲除TRPA1会消除蚊子对红外线的敏感性。但视紫红质Op1或Op2中任一基因存在缺陷的昆虫则不受影响。即使同时敲除两种视紫红质，也无法完全消除蚊子对红外线的敏感性，尽管这会显著削弱这种感觉。

他们的结果表明，更强烈的热红外(比如蚊子在更近距离(例如1英尺左右)所经历的热红外)会直接激活TRPA1。同时，Op1和Op2可以在较低水平的热红外下被激活，然后间接触发TRPA1。由于我们的皮肤温度是恒定的，因此扩大TRPA1的灵敏度可以有效地将蚊子的红外传感器的范围扩大到大约2.5英尺。

战术优势

钱德尔说，全球一半人口面临蚊媒疾病的风险，每年约有10亿人感染。此外，气候变化和全球旅行使埃及伊蚊的活动范围扩大到热带和亚热带国家以外的地区。这些蚊子现在出现在美国几年前从未发现过的地方，包括加利福尼亚州。

该团队的发现可能为改进抑制蚊子数量的方法提供思路。例如，结合来自皮肤温度附近来源的热红外线可以使捕蚊器更有效。这些发现还有助于解释为什么宽松的衣服特别能防止蚊虫叮咬。它不仅可以阻止蚊子接触我们的皮肤，还可以让红外线在我们的皮肤和衣服之间消散，这样蚊子就无法察觉到它。

“尽管蚊子体型很小，但它们造成的人类死亡人数却比任何其他动物都要多，”DeBeaubien说。“我们的研究增强了人们对蚊子如何攻击人类的理解，并为控制蚊媒疾病的传播提供了新的可能性。”

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