蚊子几乎看不见——但当雄蚊听到雌蚊的声音时,它们的视力会提高

一个“蚊子飞行模拟器”揭示了一种传播疟疾的蚊子物种的潜在弱点。
a huge swarm of thousands of mosquitoes
大多数按蚊(Anopheles)在日落时会在大型群体中交配,雄蚊数量多于雌蚊。为了找到配偶,雄蚊必须动用所有感官来避免碰撞。

Deposit Photos

随着夏末的到来,美国一些地区 蚊子传播的疾病 的病例正在上升。而在其他地区,即使 疫苗持续推广疟疾 的威胁也是一个更持续的问题。然而,一些关于蚊子如何交配的新研究可能有助于开发出更好的 控制传播疟疾的蚊子的技术

对于不叮咬的雄蚊来说,雌蚊发出的高频 嗡嗡声 是发出交配信号的“警报”。然而,这个信号的含义比科学家最初认识到的要多。当一只 按蚊科鲁兹伊蚊Anopheles coluzzii)雄蚊接收到雌蚊特有的翅膀扇动声时,它的视觉系统就会激活。这些发现刊登在 8月30日发表在《Current Biology》杂志上的一项研究 中。

寻找薄弱环节

蚊子是 地球上最致命的动物,传播登革热、西尼罗河病毒东方马脑炎(EEE)等疾病。据 世界卫生组织估计,每年全球有2.19亿病例和超过40万例死亡是由受感染蚊子的叮咬造成的。

尽管蚊子是如此危险的动物,但它们确实存在薄弱环节。许多蚊子物种 视力不佳,包括按蚊科鲁兹伊蚊。该物种是传播疟疾的主要媒介,尤其是在非洲,此外还有 按蚊斯蒂芬斯伊蚊Anopheles stephensi)。

[相关阅读:蚊子能感知我们的体温。]

在这项 新研究 中,研究人员发现,当雄蚊听到雌蚊的飞行嗡嗡声时,它的眼睛就会“激活”。然后它会在视觉上扫描附近的潜在配偶。尽管A. coluzzii通常 在拥挤的群体中交配,雄蚊仍然可以视觉上发现目标。然后它会加速飞行,敏捷地穿过群体,同时避开与其他蚊子的碰撞。

“我们发现雄蚊在寻找配偶时存在一种极其强烈的关联:它们听到特定频率的翅膀扇动声——这是雌蚊发出的那种——这个刺激会激活它们的视觉系统,”该研究的合著者、华盛顿大学生物学家 Saumya Gupta 在一份声明中 说道。“这表明了蚊子不同感官系统之间复杂的相互作用。”

通过对蚊子感官系统如何有效地接收配偶的声音和视觉信号有了新的认识,科学家们可以开发出针对传播疟疾的按蚊物种的新一代诱捕器。

“这种声音对雄蚊非常有吸引力,以至于它们会朝着它们认为是来源的方向飞去,无论是一个真正的雌蚊,还是,或许,一个蚊子陷阱,”该研究的合著者、华盛顿大学生物学家 Jeffrey Riffell 在一份声明中 说道

蚊子飞行模拟器

几种按蚊 在日落时会在大型群体中交配。这些群体中的绝大多数是雄蚊,只有少数是雌蚊。为了避免碰撞并找到配偶,雄蚊必须动用所有的感官。

为了更好地了解雄蚊在这些混乱的群体中感官是如何协同工作的,华盛顿大学的研究团队与来自荷兰瓦赫宁根大学、布基纳法索卫生科学研究所和法国蒙彼利埃大学的科学家合作。

该团队 建造了一个微型竞技场,使用一个弯曲的像素化屏幕来模拟群体中的视觉混乱,以测试单个雄蚊的飞行方式。 据该团队介绍,这个竞技场基本上是一个蚊子飞行模拟器。蚊子被固定住,无法自由移动,但仍然可以看、闻、听,同时像飞行一样扇动翅膀。他们对几十只按蚊科鲁兹伊蚊雄蚊进行了测试。

a round device with multiple computer screens lit up with green pixels. several mictrophones are mounted around it
用于测试单个蚊子的飞行模拟器竞技场。其中的灯光对被固定的个体来说呈现为不同的视觉对象。图片来源:Saumya Gupta。

他们发现,雄蚊对视野中的物体做出反应的方式取决于播放的声音。当播放雌蚊在群体中扇动翅膀的频率(450赫兹)时,雄蚊会朝物体方向飞去。当团队播放同伴雄蚊扇动翅膀的频率(700赫兹)时,雄蚊不会试图转向该物体。

此外,蚊子对物体感知的距离也很重要。如果模拟物体看起来距离超过三个身体长度,即使播放了类似雌蚊的飞行声音,它也不会转向该物体。

“蚊子眼睛的分辨能力大约是人类眼睛的1000倍,”Riffell说。“蚊子倾向于利用视觉来进行更被动的行为,例如避开其他物体和控制自己的位置。”

竞技场实验还表明,雄蚊 做出了一系列不同的细微飞行调整。它们会根据视野中的物体改变翅膀的振幅和频率,即使没有听到任何翅膀扇动的声音。研究团队推测,视觉驱动的反应可能是一系列为避免物体而进行的准备性动作。为了验证这一点,他们拍摄了实验室中只有雄蚊的群体。对这些运动的分析表明,雄蚊在接近另一只雄蚊时会避开。

“我们认为我们的结果表明,雄蚊使用近距离的视觉线索来避免在群体中的碰撞,”Gupta说。“然而,听到雌蚊的飞行声音似乎会极大地改变它们的行为,这表明整合声音和视觉信息的重要性。”

带有声音的新型诱捕器?

据该团队介绍,这项研究可以通过靶向蚊子如何整合听觉和视觉线索来展示一种新的蚊子控制方法。当雄蚊听到雌蚊的嗡嗡声时,对视觉线索的强烈且持续的吸引力可能是一个薄弱环节,研究人员可以在设计新型蚊子诱捕器时加以利用。

[相关:如何控制蚊子?使它们的精子失活。]

“蚊子群体是蚊子控制工作的热门目标,因为这确实能极大地减少叮咬,”Riffell说。“但今天的措施,如杀虫剂,随着蚊子产生抗药性,效果越来越差。我们需要新的方法,比如引诱剂或陷阱,能够高精度地吸引蚊子。”

 

更多优惠、评测和购买指南

 
Laura Baisas Avatar

Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


© .