嗡~嗡~
嗡~
(资料图片)
一到夏天
蚊子就开始了它的末日狂欢
成为了人们挥之不去的噩梦
不堪其扰的小编
打算给蚊子一点颜色看看！
却屡次让蚊子逃脱
这让小编不禁陷入沉思
究竟怎样才能制服蚊子呢？
所谓
知己知彼，百战不殆
深入了解蚊子
才能成就灭蚊大业
图1 淡色库蚊（尖音库蚊的一个地理亚种，是常见的“家蚊”）的结构示意图。来源：Wikipedia
125年前的今天
英国微生物学家、医生罗纳德·罗斯
在实验室里发现了
蚊子是传播疟疾的媒介
因此他在五年后获得了
诺贝尔生理及医学奖
而8月20日这一天
也被设立为“世界蚊子日”
以提高公众对疟疾及其它
蚊子传播疾病的防范意识
那么今天就让小编带大家
深入了解
蚊子不为人知的那一面
开颅——蚊子的大脑在想什么？
2015年至2021年
康奈尔大学研究神经科学McBride实验室Lindy McBride教授团队
花了6年的时间研究蚊子
于2022年3月
在《Nature》上发表“蚊子大脑
编码人类气味的独特特征
以驱动宿主寻找”研究
图2 Lindy McBride教授喂蚊子
为了探究“蚊子在闻到人的气味时在想什么？”，Lindy McBride教授团队给埃及伊蚊进行了“开颅”手术，与此同时，开颅的蚊子需要活着。实验团队通过编辑蚊子基因，以荧光蛋白标记大脑中的神经细胞，当某个脑区神经细胞被激活时，荧光就会增强，便可以知道哪个脑区被激活。
图3 基因编辑后，埃及伊蚊大脑中的荧光反应
实验一：给同一只蚊子闻
8个人和5种动物的气味
Blank：空白组，表示只有空气；
红色小球：嗅小球，红色越深，激活越强；
绿色箭头：只被人的气味激活的嗅小球H；
橙色箭头：可被动物气味激活的嗅小球A；
蓝色箭头：可被人和动物的气味激活的嗅小球B。
图4 人类和动物的气味激活埃及伊蚊触角叶内不同组合的嗅觉小球
进一步研究发现，蚊子的嗅小球探测的是癸醛，而癸醛广泛存在于人的气味里，很少存在于动物的气味中。
图5 人和动物气味中单个化合物相对丰度
结论一：由于人的气味中含有很多癸醛而动物的气味里面癸醛很少，癸醛可以激活嗅小球，因此蚊子更喜欢人的气味。
为了验证这个结论，团队进行了实验二。
实验二：风洞实验
用乙醇和癸醛配比模拟人类气味，在风洞上游释放气味，下游释放蚊子，观察蚊子的反应。
图6 风洞实验装置
图7 单只蚊子飞行轨迹示例
实验表明，B和H嗅小球的共同激活比单独激活B嗅小球更能引起更强的宿主寻找，就像人类气味比动物气味更能引起更强的宿主寻找一样。
随着气味浓度增加，蚊子对气味的跟踪呈现先增加后下降的趋势，在1/5x浓度时达到峰值，表明蚊子并不喜欢癸醛过多或过少的人类，喜欢的是那些味道刚刚好的人。
图8 当人类气体浓度达到1/5x时，蚊子对气味的跟踪将会达到峰值
气味刚刚好的你
恭喜！
嗡嗡嗡——蚊子自己不烦吗？
世界未解之谜
为什么一睡觉就有蚊子嗡嗡嗡
她自己不烦吗？
难道她听不见？
其实，在蚊子的神经系统中和听觉有关的细胞大概有1.5万个，对于蚊子来说，“嗡嗡嗡”是爱。
一般来说，雄性蚊子音高为600赫兹左右，大概是G调，雌性蚊子翅膀更大，拍动相对慢，音调略低，450赫兹左右，大概是D调。
当雌性蚊子与雄性蚊子相遇
它们会调整翅膀拍打速度
以发出相同的音调（约为2000赫兹）
告诉对方
此时的你
这可是一箭双雕的好机会
图9 蚊子对纯音和彼此飞行音的响应的频率匹配行为
但如果雌性蚊子怀孕了
她将对公蚊子的召唤毫无兴趣
此时她只对你感兴趣
如果此时你听到了G调
那一定是她在说
那请问蚊子
进食的时候，可以不要吵到你的食物吗？
口器——作案堪比一场漂亮的手术
在吸我们血的时候，蚊子最主要的作案工具就是它的口器。说到口器，你是不是以为蚊子的口器就是一根细细的“针”？在吸血时深深的插入进我们身体里，就像护士姐姐给我们打针时一样？nonono，这样的想法太天真了!
图10 （图片来源：蚊虫观察室)
蚊子的口器其实是由上唇、上颚、舌、下颚、下唇所组成的。我们看见的蚊子的“针”只是六根“针”的保护套而已。其中上唇是蚊子吸血时所用的“吸管”，其尖端部位十分尖，曲率半径仅为100-200nm，十分有利于蚊子刺穿皮肤。上颚结构末端较宽如刀状，是蚊吸血时首先用以切割皮肤的工具。下颚结构 末端较窄，长有“刀片”和倒钩，它既可以切割组织，也可以防止口器在深入“钻探”的过程中打滑 ，随着皮肤被上颚切开以后，起锯刺皮肤的功用。
舌中央有一条唾液管，负责“注射”工作。将唾液从唾液腺中注入人体。这也是蚊子叮人时真正有危险的一步——如果蚊子体内携带者疟原虫、登革热、寨卡病毒之类的病原体，那病原体会随着唾液混入人体内。
唾液中含有抗凝血和麻醉成分，这可以让它们在吸血的时候不那么容易被发现，也不用担心血液凝固的问题。
蚊子落在我们皮肤上以后，首先会用下颚的锯齿结构划开皮肤，然后深入肌肤，找到血管，并将上唇刺入血管后，通过舌中央的唾液管向人体注射含抗凝和麻醉作用的唾液。
图11 口器在寻找血管（图片来源：新闻说报）
万事俱备之后，上唇就开始吸血了。血液源源不断地流入到蚊子的肚子中，直到它吃饱喝足，安稳离去。到目前为止，人体都是没有任何感觉的。
在蚊子离开之后，舌注射的唾液会被免疫系统发现并视为抗原，引发炎症反应，这就是我们会觉得蚊子包又痒又肿的原因了。
所以，蚊子吸血的过程并不是用一根针戳你，而是多个精密的“仪器”在你的身体里做微创解剖、注射，过程堪比一场精密的手术。
翅膀——如何快速拍死一只蚊子？
夏日的夜晚你正当入睡
嗡嗡嗡嗡嗡嗡嗡嗡嗡——
打开灯只见黑影划过
“啪”清脆的一声
你看着泛红的掌心嘀咕“拍到了吗”
半信半疑地关了灯
熟悉的“嗡嗡嗡嗡”又来了
如何高效拍死一只蚊子呢？
也许可以用蚊子飞行的原理解释
图12 低振幅蚊子运动学
伦敦大学的Richard J. Bomphrey团队研究发现，蚊子灵巧的翅膀可以通过旋转产生升力。
图13 使用 PIV 定量流场验证 CFD
翼尖先后产生了高、低气压的两个涡旋中心，高气压涡流又被翼尖带到低气压涡旋中心下方，产生了托举的升力，改变翅膀的角度，蚊子就能调整方向和速度。因此，蚊子“腾空而起”的能力出众。
虽然"鼓掌拍蚊子”挑战蚊子长处颇有难度所以时常扑空，但是“从天而降”掌法理论上可以利用蚊子水平面内施加作用力弱的缺陷。
如果你“失手”没有拍死蚊子
它会因此怕你吗？
答案是会的！
华盛顿大学生物系Clement Vinauger团队为了确定蚊子是否可以具备学习和记忆能力，研究团队将雌性埃及伊蚊放入小型单独的房间中接受了训练。
图14 蚊子宿主学习装置与结果
结果表明，当蚊子遇到防御性宿主受到机械扰动（例如，拍打、颤抖）的影响时，它们实际上可以学会将特定的气味与类似于被拍打的令人不快的冲击联系起来。因此，下次选择宿主时会避免这种气味。
图15 蚊子表现出避开防御性宿主的能力
所以拍不到蚊子的时候
狠狠地吓吓它也是有效的
太复杂不看版：蚊子最喜欢乙醇和癸醛配比为1/5x的气味，它会根据自己的生理需求发出不同的音调，它吸血的过程复杂得像一场精密微创手术。
寻求意义版：夏日注意防蚊，而当拍不到蚊子的时候，吓一吓也是好的。
参考文献及资料：
[1]孔祥清;曲艳东;章文姣;吴承伟. 蚊子口针刺入皮肤的刺入力分析[J]. , 2013, 31(22): 60-63.
[2]Manushika Prasadini, Dilakshini Dayananda, Sachini Fernando, Iresha Harischandra, Nissanka De Silva, Blood Feeding Preference of Female Aedes aegyptiMosquitoes for Human Blood Group Types and Its Impact on Their Fecundity: Implications for Vector Control, American Journal of Entomology. Volume 3, Issue 2, June 2019 , pp. 43-48. doi: 10.11648/j.aje.20190302.13
[3]Zhilei Zhao, David Tian, Carolyn S. McBride,Development of a pan-neuronal genetic driver in Aedes aegypti mosquitoes,Cell Reports Methods,Volume 1, Issue 3,2021,100042,ISSN 2667-2375,https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2021.100042.
[4]Gabriella Gibson, Ian Russell,Flying in Tune: Sexual Recognition in Mosquitoes,Current Biology,Volume 16, Issue 13,2006,Pages 1311-1316,ISSN 0960-9822,https://doi.org/10.1016/j.cub.2006.05.053.
[5]Fernández-Grandon GM, Gezan SA,Armour JAL, Pickett JA, Logan JG (2015) Heritabilityof Attractiveness to Mosquitoes. PLoS ONE 10(4):e0122716. doi:10.1371/journal.pone.0122716
[6]https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(17)31617-2_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0960982217316172%3Fshowall%3Dtrue#articleInformation
[7]Zhao, Z., Zung, J.L., Hinze, A. et al. Mosquito brains encode unique features of human odour to drive host seeking. Nature 605, 706–712 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04675-4
[8]https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(20)30719-4?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0896627320307194%3Fshowall%3Dtrue
[9]Warren B, Gibson G, Russell IJ. Sex Recognition through midflight mating duets in Culex mosquitoes is mediated by acoustic distortion. Curr Biol. 2009 Mar 24;19(6):485-91. doi: 10.1016/j.cub.2009.01.059. Epub 2009 Mar 12. PMID: 19269180.
[10]Bomphrey, R., Nakata, T., Phillips, N. et al. Smart wing rotation and trailing-edge vortices enable high frequency mosquito flight. Nature 544, 92–95 (2017). https://doi.org/10.1038/nature21727
图文 | 史天颖 孙泽军
排版 | 王昕阳
审核 | 傅宇杰 陈星安 许鹤麟 王嘉清
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来源：探臻科技评论
编辑：黄水机
关键词： 蚊子叮你的时候在想什么 lindy mcbride 埃及伊蚊
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