科學告訴你蚊子如何找到你

來源：公眾號唧唧堂，版權歸原作者蚊子通過三種途徑找到並叮咬你

在夏夜，為了讓你的皮膚免受蚊子的叮咬，有些努力可能會起到暫時的效果，但並不長久。這些害蟲通過視覺，嗅覺和熱信號三種方式找到它們的人類宿主。

當一隻成年雌性蚊子，需要一餐血液餵飽自己的時候，她往往會尋找一個宿主 ，——，這往往會是人類。包括蚊子在內，許多昆蟲都會被人類和其他動物正常呼吸時，釋放出的二氧化碳(CO2)氣味所吸引。然而，蚊子還可以通過捕捉其他的線索，來找到附近的人類。它們用視覺來鎖定目標，同時用熱傳導的信息來感知人的體溫。

但是，蚊子究竟是如何整合這些信息，從而找出通往食物的道路呢？

風洞實驗：

為了解蚊子分別在何時，如何使用每種感官信息，研究人員釋放了成對的、處於飢餓狀態的雌蚊子，讓它們進入一個不同感官線索，可以被獨立控制的風洞。在一組試驗中，高濃度的二氧化碳(CO2) 羽流被注入到風洞中，從而達到模仿人類呼吸所產生的信號的效果。在對照實驗中，研究人員營造了一種由低濃度二氧化碳組成的背景空氣。

在對每一組實驗中，視頻攝像機三維跟蹤軟體，跟蹤記錄了二十隻被釋放到風洞中的蚊子的行動路徑。當一個集中的二氧化碳羽流出現時，正如預期一樣，蚊子在洞中跟隨著它。它們對由背景空氣組成的控制羽流，沒有表現出任何興趣。

博士後 Floris van Breugel，在加州理工大學生物工程系教授 Michael Dickinson 博士的實驗室工作，他表示，在以往的果蠅實驗中，他們已經發現，接觸到一個有獨特的氣味，就會使得果蠅更易被視覺特徵吸引。這是一個對果蠅的新發現，他們也推測蚊子可能會展現出相似的行為，那就是：當蚊子暴露在被作為指示附近宿主的二氧化碳中時，他們會花上大量的時間，去靠近周圍的高對比度目標，比如一個中性背景下的黑色物體。

感知二氧化碳：

為了驗證該假設，研究人員重複了相同的二氧化碳羽流實驗，然而，這一次研究人員在風洞的地板上放置了一個黑色物體。他們發現，在二氧化碳的存在下，這些蚊子會被暗色的高對比度對象吸引。然而在沒有二氧化碳氣流的風洞中，蚊子則完全忽略了黑色物體的存在。

觀察到蚊子跟蹤二氧化碳排放是不奇怪的，van Breugel表示，他們最新的發現表明，二氧化碳的排放，增加了蚊子飛向目標的可能性。這一點非常有趣，因為目標物體附近並沒有二氧化碳 —— 那還在十厘米以外。

接下來，研究人員想要觀察一隻蚊子如何分析熱力信息從而影響飛行路徑，顯然這是非常難測試的。van Breugel表示，顯然他們已經知道，如果在二氧化碳氣流存在的情況下放置一個物體——不論冷或熱，蚊子總會發現並飛向物體。所以進一步研究需要把視覺吸引從溫度吸引中分離出來。

蚊子喜溫：

為了達到實驗效果，研究人員搭建了一個玻璃物體，用一個透明的化學物質包覆，使之能夠加熱到任何期望的溫度。他們將其中一個加熱到37攝氏度（大致接近人類體溫）並且使另一個物體保持室溫。然後將兩個物體放置在沒有二氧化碳注入的風洞中，觀察蚊子的行為。

研究人員發現：蚊子對近人類體溫的物體表現出了偏好，但與蚊子對物體的視覺吸引相反的是，這種對溫度的偏好在二氧化碳的環境下並沒有體現。

這些實驗表明，吸引到一個視覺對象和吸引到一個溫暖的對象是分離的，他們彼此獨立。他們不必有次序的發生，但由於這樣刺激的空間布局，他們會以這種特殊的順序發生：一隻蚊子能從遠的地方看到一個視覺物體，因此視覺是先發生的。只有當蚊子靠近它，它才能檢測到這個對象的熱信號。

優雅的女性：

根據所有這些實驗中收集的信息，使研究人員能夠創建一個模型，那就是蚊子如何在不同的距離找到它的宿主。

他們推測：

當距離為10到50米時，蚊子感知宿主釋放的二氧化碳氣流；

當距離接近5米到15米（16到52步）時，蚊子開始能夠看到目標；

然後它們通過視覺的引導，更加接近目標。

—— 蚊子能感受到人類的體溫，當然這發生在一個距離小於一米的範圍內。

Dickinson表示，理解大腦如何從不同的感官組合信息，做出恰當的決策是神經科學的核心挑戰之一。

他們的實驗表明，雌性蚊子會通過一種非常優雅的方式來尋找食物。在它們檢測到特殊的，表示附近存在對象的氣味後，它們只注意通過視覺來尋找目標對象。這有助於確保他們不會浪費時間去調查像岩石和植被這樣的虛假目標。研究人員的下一個挑戰是：揭示究竟是一種怎樣的大腦電路，允許氣味如此深刻的改變了蚊子隊視覺圖像的反應。

發表於《Current Biology》雜誌上的研究成果，為研究人員提供了令人興奮的，有關昆蟲行為新信息，甚至可以幫助企業在未來設計更好的蚊蟲誘捕器。但它也為那些希望避免蚊子叮咬的人描繪了一幅凄涼的圖景。

文章作者在最後指出：即使你有可能無限期地屏住呼吸，那麼附近的另一個人呼吸，亦或幾米的逆風，都將創建一個二氧化碳羽流，都可能導致蚊子接近你，他們就會鎖定你的視覺信號。最強的防禦也因此成為看不見的，至少是在視覺上的偽裝。但即使在這種情況下，蚊子仍然能夠通過追蹤你身體的熱信號鎖定你的位置。獨立的、迭代的感覺運動反射性使得蚊子搜索目標的能力太過強大。

來自華盛頓大學的研究人員對這一工作做出了貢獻，美國國家衛生研究院資助了此次研究。

論文原文

Mosquitoes Use Vision to Associate Odor Plumes with Thermal Targets

Floris van Breugel, Jeff Riffell, Adrienne Fairhall, Michael H. Dickinson

Current Biology, DOI:http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.06.046

Highlights

A mosquito』s perception of CO2 triggers a strong attraction to visual features

A mosquito』s attraction to thermal targets is independent of the presence of CO2

Olfaction, vision, and heat trigger independent host-seeking behavioral modules

Interactions among behavioral modules underlie multimodal sensory integration

Summary

All moving animals, including flies [ 1–3 ], sharks [ 4 ], and humans [ 5 ], experience a dynamic sensory landscape that is a function of both their trajectory through space and the distribution of stimuli in the environment. This is particularly apparent for mosquitoes, which use a combination of olfactory, visual, and thermal cues to locate hosts [ 6–10 ]. Mosquitoes are thought to detect suitable hosts by the presence of a sparse CO2 plume, which they track by surging upwind and casting crosswind [ 11 ]. Upon approach, local cues such as heat and skin volatiles help them identify a landing site [ 12–15 ]. Recent evidence suggests that thermal attraction is gated by the presence of CO2 [ 6 ], although this conclusion was based experiments in which the actual flight trajectories of the animals were unknown and visual cues were not studied. Using a three-dimensional tracking system, we show that rather than gating heat sensing, the detection of CO2 actually activates a strong attraction to visual features. This visual reflex guides the mosquitoes to potential hosts where they are close enough to detect thermal cues. By experimentally decoupling the olfactory, visual, and thermal cues, we show that the motor reactions to these stimuli are independently controlled. Given that humans become visible to mosquitoes at a distance of 5–15 m [ 16 ], visual cues play a critical intermediate role in host localization by coupling long-range plume tracking to behaviors that require short-range cues. Rather than direct neural coupling, the separate sensory-motor reflexes are linked as a result of the interaction between the animal』s reactions and the spatial structure of the stimuli in the environment.

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