加州大學聖塔芭芭拉分校的科學家發現，埃及斑蚊除了利用其他線索外，還利用紅外線輻射來確定宿主的位置。這項發現可以改進蚊子控制方法，並有助於減少登革熱和瘧疾等疾病的傳播。

加州大學聖塔芭芭拉分校的研究人員發現，蚊子，特別是埃及斑蚊，會利用紅外線輻射來提高它們尋找宿主的能力。這項發現是對二氧化碳和氣味等已知線索的補充，為了解蚊子的行為提供了新的視角，並為蚊子控制策略提供了潛在的進步。圖片來源：DeBeaubien 和Chandel 等人編輯

儘管許多人認為蚊子叮咬只是暫時的困擾，但在世界上的某些地方，蚊子叮咬會帶來嚴重甚至致命的影響。一種蚊子，埃及伊蚊，每年傳播導致超過上億例登革熱、黃熱病、寨卡病和其他疾病的病毒。另一種是岡比亞按蚊，傳播導致瘧疾的寄生蟲。根據世界衛生組織估計，光是瘧疾每年就造成40 多萬人死亡。事實上，蚊子傳播疾病的能力為它們贏得了”最致命動物”的稱號。

雄蚊無害，但雌蚊需要血液來發育它們的卵。 100 多年來，科學家一直在研究蚊子如何找到宿主。在此期間，科學家發現這些昆蟲並不依賴單一的線索。相反，它們會整合來自不同距離的多種感官訊息。

寬鬆的衣服透出的紅外線更少。資料來源：DeBeaubien 和Chandel et al.

蚊子感官研究取得突破性進展

由加州大學聖塔芭芭拉分校領導的新研究揭示了蚊子用來尋找宿主的另一種感官：紅外線探測。當二氧化碳和人類氣味結合在一起時，來自與人類皮膚溫度大致相同的紅外線輻射源使昆蟲尋找宿主的整體行為增加了一倍。蚊子在尋找宿主時，絕大多數都會朝這個紅外線輻射源方向移動。研究人員還發現了這種紅外線探測器的位置，以及它在形態和生化層面上的工作原理。研究結果詳見《自然》雜誌。

“我們研究的埃及斑蚊在尋找人類宿主方面非常熟練，這項研究揭示了它們是如何做到這一點的。”共同第一作者尼古拉斯-德鮑比恩（Nicolas DeBeaubien）說，他曾是加州大學柏克萊分校克雷格-蒙泰爾（Craig Montell）教授實驗室的研究生和博士後研究員。

蚊子觸角末端的凹坑遮擋了探測熱紅外線的釘狀結構。資料來源：DeBeaubien 和Chandel et al.

蚊子對紅外線輻射的依賴

“埃及伊蚊（Aedesaegypti）等蚊子利用多種線索從遠處鎖定宿主，這一點已經得到公認。這些線索包括我們呼出的二氧化碳、氣味、視覺、我們皮膚的[對流]熱量和我們身體的濕度， “共同第一作者Avinash Chandel 解釋說，他目前是蒙泰爾研究小組在加州大學柏克萊分校的博士後。然而，這些線索都有限制。昆蟲的視力很差，強風或人類宿主的快速移動都會讓它們失去對化學感官的追蹤能力。因此，作者們想知道蚊子能否偵測到更可靠的方向線索，例如紅外線輻射。

在大約10 公分的範圍內，這些昆蟲可以探測到我們皮膚散發的熱量。一旦它們著陸，就能直接感知我們皮膚的溫度。這兩種感覺與三種熱傳遞方式中的兩種相對應：對流，即熱量被空氣等介質帶走；傳導，即熱量透過直接接觸傳遞。但是，當熱能轉換為電磁波（通常是光譜中的紅外線（IR）範圍）時，也可以傳播更遠的距離。紅外線可以加熱任何照射到的物體。蝮蛇等動物可以從溫暖的獵物身上感知熱紅外線，研究團隊想知道埃及伊蚊等蚊子是否也可以。

了解蚊子的紅外線感應機制

研究人員把雌蚊關在籠子裡，在兩個區域測量它們尋找宿主的活動。每個區域都暴露在與我們呼出的濃度相同的人類氣味和二氧化碳中。但是，只有一個區域也暴露在來自皮膚溫度來源的紅外線下。紅外線輻射源與試驗室之間隔著一層屏障，防止透過傳導和對流進行熱交換。然後，他們數了數有多少蚊子開始探頭探腦，好像在尋找靜脈。

加入來自34 攝氏度（大約皮膚溫度）的熱紅外線後，昆蟲尋找宿主的活動增加了一倍。這使得紅外線輻射成為蚊子用來決定我們位置的一種新的感官。研究小組發現，紅外線輻射在大約70 公分（2.5 英尺）的範圍內仍然有效。

德鮑比恩說：「在這項工作中，最讓我印象深刻的是紅外線最終成為了一個多麼強大的線索。一旦我們把所有參數都調整得恰到好處，結果無疑是顯而易見的」。

先前的研究並未觀察到熱紅外線對蚊子行為的影響，但資深作者克雷格-蒙泰爾（Craig Montell）懷疑這與研究方法有關。勤奮的科學家可能會嘗試只提供紅外線訊號而不提供任何其他線索，從而隔離熱紅外線對昆蟲的影響。 “但任何一個單獨的線索都不會刺激昆蟲尋找宿主的活動。只有在高濃度二氧化碳和人類氣味等其他線索的背景下，紅外線才會產生作用，”分子、細胞和發育生物學杜根和傑出教授蒙泰爾說。事實上，他的研究小組在只有紅外線的測試中也發現了同樣的情況：紅外線本身沒有影響。

熱紅外線引導

蚊子不可能像偵測可見光那樣偵測熱紅外線輻射。紅外線的能量太低，無法活化動物眼睛中偵測可見光的視網膜蛋白。波長超過700 奈米的電磁輻射不會活化視網膜視蛋白，而體熱產生的紅外線波長約為9300 奈米。蒙泰爾說，事實上，沒有一種已知的蛋白質能被如此長波長的輻射活化。但還有另一種檢測紅外線的方法。

考慮一下太陽散發的熱量。熱量轉化為紅外線，流經虛空。當紅外線到達地球時，它會撞擊大氣層中的原子，傳遞能量並使地球變暖。蒙泰爾說：”熱量轉化為電磁波，而電磁波又重新轉化為熱量。他指出，來自太陽的紅外線的波長與我們身體熱量產生的紅外線不同，因為波長取決於來源的溫度。”

作者認為，也許我們的體溫會產生紅外線，然後擊中蚊子體內的某些神經元，透過加熱來活化它們。這樣，蚊子就能間接偵測到輻射。

科學家已經知道，蚊子觸角的尖端有熱感應神經元。研究團隊發現，移除這些觸角可以消除蚊子偵測紅外線的能力。事實上，另一個實驗室在觸角末端發現了溫度敏感蛋白TRPA1。加州大學柏克萊分校的研究團隊觀察到，沒有編碼該蛋白的功能性trpA1基因的動物無法偵測到紅外線。

每根天線的頂端都有非常適合感應輻射的坑式結構。凹坑使釘子免受傳導熱和對流熱的影響，從而使高度定向的紅外線輻射能夠進入並加熱該結構。然後，蚊子利用TRPA1（本質上是一種溫度感測器）來偵測紅外線輻射。

紅外線偵測的生化啟示

僅憑熱激活TRPA1 通道的活性可能無法完全解釋蚊子能夠探測到紅外線的範圍。完全依賴這種蛋白質的感測器在研究小組觀察到的70 公分範圍內可能並不有用。在這個距離上，坑中釘結構可能沒有收集到足夠的紅外線來加熱它，從而激活TRPA1。

幸運的是，蒙泰爾的研究團隊根據他們先前在2011 年對果蠅進行的研究，認為可能存在更敏感的溫度受體。他們發現了一些對溫度微小升高相當敏感的視網膜視蛋白家族中的蛋白質。雖然人們最初認為視網膜紅蛋白只是光探測器，但蒙泰爾的研究團隊發現，某些視網膜紅蛋白可以被各種刺激觸發。他們發現，這組蛋白質的功能相當廣泛，不僅參與視覺，也參與味覺和溫度感應。經過進一步研究，研究人員發現，在蚊子體內發現的10 種視網膜蛋白中，有兩種​​與TRPA1 蛋白一樣在觸角神經元中表現。

敲除TRPA1 會消除蚊子對紅外線的敏感度。但是，Op1 或Op2 這兩種視紫質中任何一種有缺陷的昆蟲都不受影響。即使同時敲除兩種視紫質，也無法完全消除動物對紅外線的敏感性，儘管這種敏感性會大大減弱。

他們的研究結果表明，更強烈的熱紅外線–就像蚊子在更近的距離（例如1 英尺左右）體驗到的熱紅外線–會直接激活TRPA1。同時，Op1 和Op2 可以在較低水平的熱紅外線下被激活，然後間接觸發TRPA1。由於我們的皮膚溫度是恆定的，因此提高TRPA1 的靈敏度可以有效地將蚊子的紅外線感測器範圍擴大到2.5 英尺左右。

對全球健康和蚊蟲管理的影響

錢德爾說，全球有一半人口面臨蚊子傳播疾病的風險，每年約有十億人感染。此外，氣候變遷和全球旅行使埃及伊蚊的活動範圍超出了熱帶和亞熱帶國家。這些蚊子現在出現在美國一些幾年前從未發現過它們的地方，包括加州。

研究團隊的發現可以為改進抑制蚊子數量的方法提供一種途徑。例如，將來自皮膚溫度附近的熱紅外線輻射源納入捕蚊器，可以使捕蚊器更有效。這些發現也有助於解釋為什麼寬鬆的衣服在防止蚊蟲叮咬方面特別有效。它不僅能阻擋蚊子到達我們的皮膚，還能讓紅外線在我們的皮膚和衣服之間消散，這樣蚊子就無法探測到它。

“儘管蚊子的體型很小，但它們造成的人類死亡卻比任何其他動物都要多，”德鮑比恩說。 “我們的研究加深了人們對蚊子如何攻擊人類的了解，並為控制蚊媒疾病的傳播提供了新的可能性。”

編譯自/ ScitechDaily