Science：顛覆常規！揭示蚊子找到人類來叮咬的新機制

　　蚊子是地球上最致命的動物之一。每年有數十萬人死于諸如瘧疾、登革熱、西尼羅河病毒和黃熱病等蚊媒疾病，其中大多數是兒童。另有2億人受到感染并出現癥狀。

　　在一項新的研究中，美國布蘭戴斯大學生物學教授Paul Garrity、博士生Chloe Greppi、博士后研究員Willem Laursen和其他幾位同事報道，他們發現了蚊子如何利用人類體溫來尋找和叮咬人類的一個重要方面。相關研究結果發表在2020年2月7日的Science期刊上，論文標題為“Mosquito heat seeking is driven by an ancestral cooling receptor”。

圖片來自CC0 Public Domain。

　　這一發現使得人們有朝一日有可能愚弄或破壞這種昆蟲的溫度傳感器，從而讓它們不會傳播疾病。

　　Garrity說：“像蚊子溫度傳感器這樣的傳感系統是開發新方法來驅除或迷惑蚊子以阻止它們叮咬我們，或者創造新方法來幫助誘捕和殺死這些傳播疾病的生物的絕佳靶標。”

　　快速回顧歷史

　　在20世紀初，在印度工作的英國科學家Frank Milburn Howlett注意到在喝茶的時候，蚊子總是在他的茶壺周圍盤旋。作為實驗，他將蚊子裝在一個松散的紗布袋中，并將這個紗布袋放置在裝有熱水的試管附近。

　　Howlett在1910年的一篇研究論文中寫道，當從試管傳來的熱量傳到蚊子身上時，“觀察到非常有趣的結果”。蚊子被吸引到紗布袋最靠近上升的熱空氣的一側。他還觀察到蚊子似乎并不攻擊冷血動物，這表明是人體熱量（即體溫）吸引了它們。

　　此后的其他研究表明，在幾英尺（1英尺等于12英寸，相當于30.48里米）遠的距離內，蚊子依靠我們呼出的二氧化碳、我們散發出的氣味以及視覺線索來找到我們。但是在幾英寸以內時，正是我們身體的溫度在引導它們方面起著主要的作用。

　　只有雌性蚊子才有這種行為。后來得知，它們利用我們血液中的蛋白來滋養它們的卵。雄性蚊子僅靠吸水果和植物花蜜為生。

　　尋找熱量還是躲避寒涼

　　去年，Garrity和他的幾位同事在Neuron期刊上發表的一篇論文顛覆了人們對位于果蠅觸角尖端的溫度感應受體（即溫度傳感器）的傳統看法（Neuron, 2019, doi:10.1016/j.neuron.2018.12.022）。

　　傳統上，這些受體被認為像溫度計一樣，會測量周圍環境的溫度讓果蠅知道環境是冷還是熱。相反，Garrity和他的同事們發現這些受體只能檢測溫度是否在變化，讓果蠅知道周圍環境是變熱還是變冷。

　　因此，Garrity將這些溫度傳感器重命名為“冷卻單元（Cooling Cell）”和“加熱單元（Heating Cell）”。它們是如此靈敏以至于它們能夠以每秒檢測出百分之一度的溫度變化。與果蠅在進化上有密切親緣關系的蚊子也有冷卻單元和加熱單元。

　　雖然通過研究蚊子的加熱單元以了解是什么將它們吸引到人類溫暖的身體似乎是有意義的，但Garrity的研究團隊還是考慮了另一種違反直覺的假設。也許不是蚊子飛向溫暖；也許它們是在飛離寒冷。這意味著冷卻單元才是重點關注的對象。

　　Garrity及其同事們在這項研究中對這些特定冷卻單元的研究依賴于一種稱為IR21a的分子受體。IR21a中的“IR”代表離子型受體，即一組幫助神經元傳輸信號的蛋白。IR21a有助于傳輸指示蚊子周圍溫度下降的信號。

　　它們是如何做到的

　　在實驗中，這些研究人員敲除了負責產生IR21a受體的蚊子基因。然后，他們將大約60只突變蚊子（即基因敲除蚊子）放入一個鞋盒大小的容器中，在這個容器的后壁上裝有一塊板，將這塊板加熱到接近37℃的核心體溫，然后向這些蚊子噴入一小撮二氧化碳，以模仿人類的呼吸。

　　當非突變蚊子快速地聚集在這塊接近37℃的板上試圖覓食時，突變蚊子很大程度上忽略了這塊板。在沒有IR21a受體的情形下，它們將無法再將自己引向附近最熱的地方。

　　在第二個實驗中，將這些蚊子放在一個小網眼籠子中。這些研究人員在這個籠子上方放置了兩個充滿人類血液的小瓶，其中一個加熱到22.78℃（室溫），另一個加熱到31.1℃（人手的表面溫度）。相比于處于相同環境下的非突變蚊子，突變蚊子對31.1℃血液的偏好降低了。

　　“外界是在變好還是在變壞？”

　　根據Garrity的說法，每當蚊子向較低溫度移動時，IR21a受體就會被激活。由于人類通常比周圍環境溫暖，這意味著在蚊子接近人類時，IR21a保持沉默。但是，如果蚊子偏離路線并開始遠離它的溫血獵物，那么IR21a會被激活，只有在蚊子改道后它才會關閉。

　　最終，追蹤溫度變化對于幫助蚊子精確地確定叮咬我們的位置是非常有用的，這是因為血管是我們皮膚上最溫暖的地方。

　　Garrity說，IR21a的行為似乎像“一個令人討厭的警報。每當雌性蚊子飛向較冷的地方時，它就會響起。當它們尋找人類時，它們似乎被驅使去做任何事情來降低這種警報聲。”

　　這一切如何開始

　　IR21基因起源于一個生活在4億年前的海洋生物，這個海洋生物最終產生了現代的甲殼類動物（如龍蝦和螃蟹）和昆蟲。

　　一旦這些現代昆蟲的祖先最終進入陸地，這個基因就被傳給了果蠅和蚊子的共同祖先。當這兩種昆蟲的進化軌跡在大約2億年前分開時，它們對IR21a受體的用途都有不同。果蠅用它來躲避溫暖，蚊子用它尋找溫暖并以人類血液為食。