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蚊子的叮咬不僅讓我們癢得難受，在很多地區，它們還可能帶來致命的威脅。全球每年有數億人染上蚊媒疾病，其中埃及伊蚊是導致登革熱、黃熱病和寨卡病毒的主要傳播媒介；而甘比亞按蚊傳播導致的瘧疾每年會造成超過 40 萬人死亡。這些不起眼的“最致命動物”，到底是怎樣找到我們的？
圖片來源： 123RF
對於這個問題，流傳度最高的答案應該是二氧化碳了——蚊子能依靠我們撥出的二氧化碳進行定位，而且產生的二氧化碳濃度高，似乎也更容易招蚊子。
這個答案沒有錯，但也只是完整答案的一小部分。以吸血的雌性埃及伊蚊為例，科學家們發現它們會整合來自人類的一系列訊號來找到我們，除了前面提到的二氧化碳，還有皮膚釋放的多種有機氣味分子、蚊子的視覺等；除了這些可以遠距離感受到的線索，它們在靠近我們時，還能檢測到皮膚的水蒸氣和熱對流來準確定位。
可以說，每一種感知方式都有貢獻，但單獨拿出來卻也不夠用。例如，蚊子有視力但視力不佳；它們可以追蹤二氧化碳和有機分子等化學訊號，但有強風或者人類在快速移動而產生氣流擾動時，其追蹤能力也會受影響。只有綜合這些不同線索，雌蚊才能在各種環境下準確地“親”我們一嘴。
如果你覺得蚊子的尋人系統已經足夠複雜了，那我只能說，還有高手！在一篇新上線的《自然》論文中，紅外探測也加入了埃及伊蚊的感知工具“全家桶”。研究發現，蚊子可以在最遠70釐米外透過紅外輻射感知到宿主。有紅外輻射存在時，它們尋找宿主的行為得到成倍的增強！研究團隊發現了這種紅外探測工具的位置與作用機制，為控制蚊媒疾病的傳播提供了新的可能性。
尋找全新感知方式的線索，來自中學物理知識。我們知道，熱能透過熱傳導、熱對流、輻射這3種途徑來傳遞。前面提到，蚊子可以透過熱對流感知到我們，但是熱對流的範圍有限，因此只能用於10釐米以內的近距離辨位；而熱傳導需要接觸才能實現，因此對於飛行中的蚊子沒有意義。
那麼，蚊子是否能透過感知熱輻射，在更遠的距離檢測到體表溫度、幫助識別人類呢？要知道在自然界，已被人類證實能透過紅外輻射導航或尋找獵物的動物還不多，我們最熟悉的應該是響尾蛇，此外還有蜱蟲和一些甲蟲。而在目前的認知中，蚊子是做不到的。
但在加州大學聖芭芭拉分校的Craig Montell教授看來，此前的研究僅能證明紅外輻射單獨存在時無法刺激到蚊子；但是，如果紅外輻射與其他感覺系統共存，情況還會一樣嗎？
▲已知的蚊子感知宿主手段，以及熱量傳遞方式示意（圖片來源：參考資料[1]）
帶著這樣的疑問，Montell教授帶領團隊設計了實驗。他們將雌性埃及伊蚊關在籠子裡，並分別在兩個區域監測尋找宿主的活動。這兩個區域有著相同的人類氣味分子與二氧化碳，但區別在於——只有一處暴露在與皮膚溫度相同（34℃）的源發出的紅外線中。
結果，就是這一項變數，使得蚊子尋找宿主的活動增強了一倍。因此，在二氧化碳、人類氣味等線索存在的情況下，這些蚊子將紅外輻射用作一種全新的感知線索，並且在距離70釐米左右時依然有效。在近距離的水蒸氣、熱對流，以及遠端的二氧化碳、有機分子嗅覺和視覺之外，研究首次發現蚊子擁有中距離的紅外輻射感知。
證實了這一點後，下一步自然是解釋蚊子是如何感知紅外輻射的。
科學家們已經知道，蚊子感知熱量的秘訣在於觸角。它們的觸角末端神經元會表達溫度敏感蛋白，其中TRPA1離子通道可以讓蚊子避免被溫度過高的物體傷害。
在新實驗中，研究團隊首先去除了部分蚊子的觸角末端，這使得它們失去了紅外探測的能力。而對於trpA1（TRPA1的編碼基因）突變、喪失功能的蚊子，它們也無法探測到紅外輻射。
這些實驗結果證實了啟用TRPA1蛋白是埃及伊蚊感知紅外輻射必不可少的條件。從結構上看，它們的觸角感受器末端有形似釘子的結構，這種結構適合感應輻射，用於啟用TRPA1。
不過，這還不是故事的全部。這個過程適用於較近的距離（例如30釐米開外），但在70釐米附近時，感受器收集的紅外輻射就不足以啟用TRPA1了。
▲研究發現Op1和Op2與TRPA1在相同的觸角神經元中表達（圖片來源：參考資料[1]）
這時，另一類更為敏感的溫度受體出現了。研究團隊發現，視紫紅質家族的幾種蛋白對溫度的輕微升高非常敏感。進一步的研究發現，在蚊子的視紫紅質家族中，Op1和Op2與TRPA1在相同的觸角神經元中表達。在紅外輻射距離較遠（大約70釐米）時，Op1和Op2可以被較弱的紅外輻射啟用，然後間接啟用TRPA1。
由此，這項研究揭示了埃及伊蚊擁有一套基於紅外輻射的全新手段來感知宿主。研究團隊在新聞稿中也指出，基於這一發現有望改進防蚊策略。例如，結合與皮膚溫度相近的紅外線可以設計更有效的捕蚊器。而寬鬆的衣服有助於減少蚊子叮咬，部分原因也可能是其減少了紅外輻射。此外，雖然目前作者僅研究了埃及伊蚊，但由於按蚊同樣受熱紅外吸引，研究團隊推測這一策略可能被吸血蚊子普遍採用。
▲相比於不穿或穿著貼身的衣服，寬鬆的衣服能減少紅外輻射（圖片來源：DeBeaubien and Chandel et al.）
參考資料：
[1] Chandel, A., DeBeaubien, N.A., Ganguly, A. et al. Thermal infrared directs host-seeking behaviour in Aedes aegypti mosquitoes. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07848-5
[2] Mosquitoes sense infrared from body heat to help track humans down. Retrieved Aug. 22, 2024 from https://www.eurekalert.org/news-releases/1055464
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