蚊子的生存智慧

文/張唯誠(chéng)

不論往哪里躲藏，你都很難擺脫它們，它們遍布全球，生活在除了南極洲以外的所有大陸上，它們就是我們熟悉的嗡嗡作響的吸血昆蟲(chóng)——蚊子。

全球已知的蚊子有3500種，40個(gè)屬。雌性蚊子靠吸針式口器來(lái)啜飲包括鳥(niǎo)類(lèi)、哺乳動(dòng)物、爬行動(dòng)物甚至魚(yú)類(lèi)等動(dòng)物的血液，靠血液中的營(yíng)養(yǎng)繁衍后代。

蚊子的唾液中含有抗凝血?jiǎng)┖涂寡孜镔|(zhì)，可以防止動(dòng)物的血液凝固，讓吸血更順利。當(dāng)蚊子叮咬動(dòng)物時(shí)，它們留下的不僅僅是叮咬的皰塊，其唾液還傳播此前“進(jìn)餐”時(shí)沾染的細(xì)菌。如果蚊子體內(nèi)攜帶了病原體，病原體就會(huì)伴隨唾液進(jìn)入被叮咬的動(dòng)物體內(nèi)。比如，這些蚊子會(huì)向人類(lèi)傳播包括基孔肯雅熱病、黃熱病、寨卡病毒、登革熱和瘧疾在內(nèi)的多種致命疾病。每年有數(shù)百萬(wàn)人死于由蚊子傳播的疾病，所以對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)，蚊子雖小卻如同大敵。正因?yàn)榇?，美?guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的實(shí)驗(yàn)生物學(xué)家克萊門(mén)特?維努瑞將蚊子稱(chēng)作“地球上最致命的動(dòng)物”。

科學(xué)家們正在研究這種昆蟲(chóng)的生活狀態(tài)，如它們?nèi)绾芜M(jìn)食、排泄和學(xué)習(xí)等。盡管人類(lèi)對(duì)蚊子的了解還不夠深入，但一些謎團(tuán)已經(jīng)破解。

保持涼爽有妙招

蚊子是冷血?jiǎng)游?，它們的體溫與周?chē)諝獾臏囟认嗥ヅ?。?dāng)它們以溫暖的血液為食時(shí)，它們的身體就會(huì)變暖。美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的醫(yī)學(xué)昆蟲(chóng)學(xué)家克洛伊?拉洪德對(duì)蚊子是如何擺脫體溫上升的困境很感興趣。她研究的課題是：蚊子如何解決在進(jìn)食時(shí)體溫迅速升高，而不至于被熱死的問(wèn)題。

要進(jìn)行這樣的研究就需要先喂飽它們，這是一項(xiàng)血腥的交易。一開(kāi)始，拉洪德不得不把胳膊伸進(jìn)裝有蚊子的籠子里，用自己的血喂食它們。后來(lái)拉洪德發(fā)明了一種蚊子快餐——把羊血裝在玻璃管中，再用薄膜覆蓋管子的端口，蚊子刺破薄膜就能吸到里面的血了。

當(dāng)蚊子進(jìn)食時(shí)，拉洪德便用一個(gè)熱成像攝像機(jī)拍攝它們。攝像機(jī)記錄的紅外光，提供判斷溫度的依據(jù)，拉洪德?lián)司湍苡?jì)算出熱血在蚊子體內(nèi)的分布情況。她發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱血流入蚊子體內(nèi)時(shí)，一些血又馬上從蚊子身體的尾部流出了，這些血液聚在了腹部的末端。待血液的多余熱量得到釋放后，蚊子才把冷卻后的血液重新收回體內(nèi)。

拉洪德把這一過(guò)程比作出汗。當(dāng)人體感到過(guò)熱時(shí)就會(huì)出汗，空氣冷卻了汗液，身體失去了熱量，人體就會(huì)感覺(jué)涼爽。蚊子也用類(lèi)似的方法成功解決了體溫過(guò)高的麻煩。2012年，拉洪德的研究團(tuán)隊(duì)公布了他們的這一發(fā)現(xiàn)。

躲避危險(xiǎn)善學(xué)習(xí)

蚊子吸血不僅使它體溫升高，而且還經(jīng)歷了一種以生命為代價(jià)的冒險(xiǎn)過(guò)程。鳥(niǎo)兒的喙、人類(lèi)的巴掌和奶牛揮動(dòng)的尾巴……都是動(dòng)物抵御蚊子襲擾的利器，所以蚊子不僅是捕食者，同時(shí)也是獵物。

令人好奇的是，蚊子是如何挑選它們的“食物”呢？誰(shuí)應(yīng)該放棄，誰(shuí)應(yīng)該小心，誰(shuí)又是安全的美味呢？

為了找到答案，拉洪德和同事們決定給蚊子一些慘痛的教訓(xùn)。他們把蚊子放進(jìn)一個(gè)充滿(mǎn)人類(lèi)氣味的房間里。當(dāng)蚊子在里面盤(pán)旋時(shí)，它們會(huì)遭到并不太強(qiáng)烈的電擊，這種電擊模仿了蚊子在叮咬我們時(shí)，我們用巴掌拍打它們時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)。那些蚊子被這樣電擊了10次。

第二天，科學(xué)家們把它們放進(jìn)一個(gè)簡(jiǎn)單的迷宮里，迷宮的形狀像字母Y。蚊子從Y的底部飛進(jìn)去，它們可以飛到迷宮頂端的任何一邊。其中的一邊包含了與痛苦的電擊相結(jié)合的人類(lèi)氣味，而另一邊則完全是陌生的氣味。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蚊子變聰明了，它們更多地進(jìn)入陌生氣味的那一邊。當(dāng)它們被放進(jìn)一個(gè)小型模擬器中飛行時(shí)，在接近“危險(xiǎn)”的氣味時(shí)，它們也會(huì)放慢飛行速度。

究竟是什么讓蚊子學(xué)會(huì)了逃避危險(xiǎn)呢？答案是多巴胺。這是一種在腦細(xì)胞間傳遞信息的化學(xué)物質(zhì)，它也使蚊子學(xué)會(huì)了吸取教訓(xùn)。在人體中，多巴胺會(huì)影響情緒，在運(yùn)動(dòng)和成癮方面也起著很重要的作用。而對(duì)蚊子來(lái)說(shuō)，多巴胺則“讓它們意識(shí)到了一個(gè)信號(hào)和一種懲罰”。

原來(lái)，蚊子身體中的某些細(xì)胞外表呈現(xiàn)著某種被稱(chēng)為“受體”的結(jié)構(gòu)，可讓多巴胺附著其上。如果沒(méi)有這些受體，蚊子就不能意識(shí)到信號(hào)和懲罰，也就不能學(xué)習(xí)了。

“進(jìn)食裝備”有奧妙

每次叮咬你的蚊子都是雌性的。雄蚊不產(chǎn)卵，所以它們不需要血液，它們吸食花蜜和水果汁。雌蚊也吸食花蜜，但產(chǎn)卵的時(shí)候，它們就需要血液。這時(shí)候，它們面臨著很大的挑戰(zhàn)。

花蜜和血液沒(méi)有什么共同之處?；凼且环N由植物產(chǎn)生的含糖液體，而血液則含有諸如血細(xì)胞和免疫細(xì)胞等固體顆粒。那么，一只蚊子如何用它的吸針式口器去吮吸這兩種截然不同的液體呢？

杰克?索洽是美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的科學(xué)家，他研究的是生物的運(yùn)動(dòng)方式，這門(mén)學(xué)科被稱(chēng)為“生物力學(xué)”。索洽很想弄清蚊子吮吸的真相。蚊子叮咬了人體后，會(huì)把唾液轉(zhuǎn)移到人身上，正是這種唾液傳播了疾病，使蚊子臭名昭著。所以揭示蚊子吮吸的真相，有助于人們了解更多有關(guān)它們?nèi)绾蝹鞑ゼ膊〉男畔ⅰ?/p>

為了讓吸針式口器吸食到液體，蚊子必須制造出一定的吸力，而且它們的吸管非常細(xì)，極容易堵塞，因此更需要強(qiáng)大的吸力。

蚊子的進(jìn)食裝備不一般。它們是通過(guò)2個(gè)“泵”提供吸力的，這種力量由頭部的肌肉提供。為了弄清這2個(gè)泵是如何工作的，索洽和同事們把蚊子放進(jìn)一個(gè)有直徑超過(guò)1100米環(huán)的超大X光機(jī)里，環(huán)內(nèi)的磁鐵驅(qū)動(dòng)亞原子粒子飛快地運(yùn)行，來(lái)自這些活潑粒子的能量以X射線(xiàn)的形式呈現(xiàn)出來(lái)。

在這種強(qiáng)大的光束中，索洽放置了一只饑餓的蚊子，并用一層透明的指甲油將它的腳固定在一張幻燈片上，同時(shí)為它提供了一些花蜜。然后，索洽和他的同事使用X光片記錄了蚊子“進(jìn)餐”情況。

他們發(fā)現(xiàn)蚊子首先開(kāi)啟了第1個(gè)泵，隨后又小心地開(kāi)啟了第2個(gè)泵，這使得蚊子能夠穩(wěn)定地吸吮。但它的泵也并不總是全力打開(kāi)，只要?jiǎng)偤米屢后w順暢地流入體內(nèi)，它就不愿意再費(fèi)多余的力氣了。

然而有時(shí)候，蚊子會(huì)把2個(gè)泵完全打開(kāi)，這就導(dǎo)致液體流量比一般情況下多出了27倍。索洽和同事們將這種情況稱(chēng)為“爆發(fā)模式”。

如果“爆發(fā)模式”能使液體流動(dòng)得更快，那蚊子為什么不干脆使用這種模式進(jìn)餐呢？畢竟，它們進(jìn)餐是冒著風(fēng)險(xiǎn)的，只有吸吮得快，才能盡快地離開(kāi)，而不是被一巴掌拍死。

原來(lái)，“爆發(fā)模式”的代價(jià)是高昂的。“爆發(fā)模式”需要付出比一般情況下高出1000倍的能量，“付出少，獲得多”才是劃算的買(mǎi)賣(mài)。但“爆發(fā)模式”亦不可少，在需要的時(shí)候，這種能力會(huì)大有用處，比如開(kāi)啟“爆發(fā)模式”來(lái)清除堵塞。

事實(shí)上，這些研究不只是跟蚊子有關(guān)，研究和模擬蚊子應(yīng)對(duì)大自然的特殊本領(lǐng)，可以為科學(xué)家和工程師提供新的設(shè)計(jì)思路，解決機(jī)械技術(shù)上的很多難題。