科学告诉你蚊子如何找到你

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蚊子通过三种途径找到并叮咬你

在夏夜，为了让你的皮肤免受蚊子的叮咬，有些努力可能会起到暂时的效果，但并不长久。这些害虫通过视觉，嗅觉和热信号三种方式找到它们的人类宿主。

当一只成年雌性蚊子，需要一餐血液喂饱自己的时候，她往往会寻找一个宿主 ，——，这往往会是人类。包括蚊子在内，许多昆虫都会被人类和其他动物正常呼吸时，释放出的二氧化碳(CO2)气味所吸引。然而，蚊子还可以通过捕捉其他的线索，来找到附近的人类。它们用视觉来锁定目标，同时用热传导的信息来感知人的体温。

但是，蚊子究竟是如何整合这些信息，从而找出通往食物的道路呢？

风洞实验：

为了解蚊子分别在何时，如何使用每种感官信息，研究人员释放了成对的、处于饥饿状态的雌蚊子，让它们进入一个不同感官线索，可以被独立控制的风洞。在一组试验中，高浓度的二氧化碳(CO2) 羽流被注入到风洞中，从而达到模仿人类呼吸所产生的信号的效果。在对照实验中，研究人员营造了一种由低浓度二氧化碳组成的背景空气。

在对每一组实验中，视频摄像机三维跟踪软件，跟踪记录了二十只被释放到风洞中的蚊子的行动路径。当一个集中的二氧化碳羽流出现时，正如预期一样，蚊子在洞中跟随着它。它们对由背景空气组成的控制羽流，没有表现出任何兴趣。

博士后 Floris van Breugel，在加州理工大学生物工程系教授 Michael Dickinson 博士的实验室工作，他表示，在以往的果蝇实验中，他们已经发现，接触到一个有独特的气味，就会使得果蝇更易被视觉特征吸引。这是一个对果蝇的新发现，他们也推测蚊子可能会展现出相似的行为，那就是：当蚊子暴露在被作为指示附近宿主的二氧化碳中时，他们会花上大量的时间，去靠近周围的高对比度目标，比如一个中性背景下的黑色物体。

感知二氧化碳：

为了验证该假设，研究人员重复了相同的二氧化碳羽流实验，然而，这一次研究人员在风洞的地板上放置了一个黑色物体。他们发现，在二氧化碳的存在下，这些蚊子会被暗色的高对比度对象吸引。然而在没有二氧化碳气流的风洞中，蚊子则完全忽略了黑色物体的存在。

观察到蚊子跟踪二氧化碳排放是不奇怪的，van Breugel表示，他们最新的发现表明，二氧化碳的排放，增加了蚊子飞向目标的可能性。这一点非常有趣，因为目标物体附近并没有二氧化碳 —— 那还在十厘米以外。

接下来，研究人员想要观察一只蚊子如何分析热力信息从而影响飞行路径，显然这是非常难测试的。van Breugel表示，显然他们已经知道，如果在二氧化碳气流存在的情况下放置一个物体——不论冷或热，蚊子总会发现并飞向物体。所以进一步研究需要把视觉吸引从温度吸引中分离出来。

蚊子喜温：

为了达到实验效果，研究人员搭建了一个玻璃物体，用一个透明的化学物质包覆，使之能够加热到任何期望的温度。他们将其中一个加热到37摄氏度（大致接近人类体温）并且使另一个物体保持室温。然后将两个物体放置在没有二氧化碳注入的风洞中，观察蚊子的行为。

研究人员发现：蚊子对近人类体温的物体表现出了偏好，但与蚊子对物体的视觉吸引相反的是，这种对温度的偏好在二氧化碳的环境下并没有体现。

这些实验表明，吸引到一个视觉对象和吸引到一个温暖的对象是分离的，他们彼此独立。他们不必有次序的发生，但由于这样刺激的空间布局，他们会以这种特殊的顺序发生：一只蚊子能从远的地方看到一个视觉物体，因此视觉是先发生的。只有当蚊子靠近它，它才能检测到这个对象的热信号。

优雅的女性：

根据所有这些实验中收集的信息，使研究人员能够创建一个模型，那就是蚊子如何在不同的距离找到它的宿主。

他们推测：

当距离为10到50米时，蚊子感知宿主释放的二氧化碳气流；

当距离接近5米到15米（16到52步）时，蚊子开始能够看到目标；

然后它们通过视觉的引导，更加接近目标。

—— 蚊子能感受到人类的体温，当然这发生在一个距离小于一米的范围内。

Dickinson表示，理解大脑如何从不同的感官组合信息，做出恰当的决策是神经科学的核心挑战之一。

他们的实验表明，雌性蚊子会通过一种非常优雅的方式来寻找食物。在它们检测到特殊的，表示附近存在对象的气味后，它们只注意通过视觉来寻找目标对象。这有助于确保他们不会浪费时间去调查像岩石和植被这样的虚假目标。研究人员的下一个挑战是：揭示究竟是一种怎样的大脑电路，允许气味如此深刻的改变了蚊子队视觉图像的反应。

发表于《Current Biology》杂志上的研究成果，为研究人员提供了令人兴奋的，有关昆虫行为新信息，甚至可以帮助企业在未来设计更好的蚊虫诱捕器。但它也为那些希望避免蚊子叮咬的人描绘了一幅凄凉的图景。

文章作者在最后指出：即使你有可能无限期地屏住呼吸，那么附近的另一个人呼吸，亦或几米的逆风，都将创建一个二氧化碳羽流，都可能导致蚊子接近你，他们就会锁定你的视觉信号。最强的防御也因此成为看不见的，至少是在视觉上的伪装。但即使在这种情况下，蚊子仍然能够通过追踪你身体的热信号锁定你的位置。独立的、迭代的感觉运动反射性使得蚊子搜索目标的能力太过强大。

来自华盛顿大学的研究人员对这一工作做出了贡献，美国国家卫生研究院资助了此次研究。

论文原文

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.