正在尋覓吸血機會的蚊子會被人類每次呼吸時撥出的二氧化碳氣流所吸引。但它們也會在髒襪子和舊衣服周圍嗡嗡作響——即使在沒有喘氣的人的情況下,也會被皮膚氣味所吸引——這讓科學家們困惑,究竟是什麼內在機制驅使蚊子去“赴宴”。
對蚊子神經元和行為的更深入研究現已揭示,蚊子以與感知二氧化碳相同的方式來辨別“人體香氣”。昆蟲依靠相同的感受器和相同的神經通路來探測裸露的腳踝和二氧化碳。
這項嗅覺突破為未來全球範圍內的蚊蟲控制開闢了新的可能性。透過利用已知的可以阻斷一類嗅覺神經元的化合物,科學家們或許能夠更好地偽裝人類以躲避蚊子的探測,或者用化學誘餌將蚊子從人類身邊引開。即使僅僅減少一些叮咬,也可能有助於預防瘧疾、黃熱病和登革熱——所有這些疾病都是透過雌性蚊子的叮咬傳播的。
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這項研究最初始於臭腳。
來自加州大學河濱分校的一個研究小組將氣味收集珠放在他們自己的襪子中以收集氣味,並將它們放在一個有飢餓蚊子的實驗風洞中,珠子在那裡充當人類的替代品。然後,研究人員用一種化學物質噴灑傳播登革熱的蚊子,這種化學物質透過阻斷一種名為 neuron–cpA 的受體(一種在口器附近被稱為上顎須的一對小型觸角狀結構上發現的感覺細胞)來關閉蚊子探測二氧化碳的能力。與用不干擾 cpA 的物質噴灑的蚊子相比,cpA 受阻的蚊子尋找臭珠的可能性降低了約 75%。即使它們的飛行能力沒有受到化學物質的影響,約 85% 的 cpA 受阻蚊子也沒有到達氣味珠。相比之下,除 35% 以外的所有未受抑制的蚊子都到達了珠子。這項研究首次確定了特定型別的神經元與蚊子的人體氣味感知能力之間的因果關係,該研究發表在 12 月 5 日的《細胞》雜誌上。
這項新研究表明,上顎須而不是觸角本身,用於尋找人類。“包括我們自己在內的許多科學家,主要關注蚊子的觸角”來感知撥出的二氧化碳以外的人類氣味,加州大學河濱分校的昆蟲學家、資深研究作者 Anandasankar Ray 說。蚊子透過 cpA 感知人類的能力是“完全出乎意料的”,他說。
人體氣味是皮膚、汗液和細菌的複雜混合物,科學家們仍然不知道為什麼一個人的皮膚比她的鄰居的皮膚更具吸引力。然而,該團隊確實發現,蚊子對二氧化碳和皮膚氣味劑的混合物比單獨對其中任何一種誘惑劑的反應更強烈。
部分基於新的 cpA 發現,科學家們編制了一份包含數千種化學候選物的清單,用於未來的驅蚊劑。他們將該清單縮小到自然界中發現的 138 種物質,然後進一步削減,最終確定了少數幾個主要競爭者,這些競爭者價格低廉、氣味宜人(對人類而言)並且已被證明對某些人類用途是安全的。
其中一種化學物質,丙酮酸乙酯,是一種帶有水果香味的 cpA 抑制劑,已被批准作為食品中的調味劑,並且可以在某些葡萄酒中找到。該團隊表明,與未處理的手套相比,蚊子對塗有丙酮酸乙酯的手套的人手興趣較低。作者寫道,這種化合物可以為避蚊胺 (DEET) 提供一種安全有效的替代品,避蚊胺在非洲和亞洲的疾病高發地區並未廣泛使用,這主要是由於成本以及需要在所有暴露的身體部位持續塗抹。Ray 說,理想情況下,丙酮酸乙酯應該比 DEET 更便宜,並且可以噴灑在蚊帳或其他表面上,以充當短期的“人類隱形斗篷”來驅趕蚊子。
蚊子確實有其他人類感知工具,而不是 cpA。但即使預防少量叮咬也可能產生巨大影響,因為雌性蚊子必須至少吸食兩次血液才能傳播瘧疾或登革熱等疾病——一次是感染疾病,另一次是將其傳播出去。
除了發現如何掩蓋人類氣味外,該團隊的實驗還偶然發現了一種吸引蚊子的化學物質。研究人員發現,正如蚊子被二氧化碳吸引一樣,它們也被一種薄荷香味的化合物環戊酮所吸引,這種化學物質透過 cpA 神經元觸發相同的啟用途徑。這一發現可能為比使用二氧化碳的蚊子陷阱更便宜、更簡單的蚊子陷阱奠定基礎,二氧化碳陷阱通常涉及乾冰或燃燒丙烷,並且難以在發展中國家部署。在實驗室中,環戊酮陷阱被證明與現有的二氧化碳陷阱一樣有效。“據我們所知,在沒有二氧化碳的情況下,還沒有其他化學物質能夠成功地將大量蚊子誘入陷阱,更不用說達到與二氧化碳相當的水平,”研究人員在他們的研究報告中指出。
2011 年,Ray 的研究小組在《自然》雜誌上發表了一篇研究,其中確定了幾種可以啟用或抑制 cpA 受體的化學物質——當時已知 cpA 受體可以感知二氧化碳,但不能感知人體氣味——然而,這些化學物質可能氣味難聞,並且在必要的濃度下對人體暴露不安全,他說。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)在這些新實驗中確定的某些材料的安全性也必須進行評估。例如,一些關於丙酮酸乙酯的研究表明,反覆暴露於皮膚可能會導致皸裂、剝落或乾燥。
倫敦衛生與熱帶醫學院節肢動物控制產品測試中心的科學主任詹姆斯·洛根說,儘管這項新研究看起來“很有前景”,但新確定的化合物尚未在實驗室外進行測試,他沒有參與這項研究。“將化合物推向市場並投入實踐是一個漫長而昂貴的過程,”洛根說。他補充說,最有用的驅蚊化合物“將是一種在遠處驅蚊的化合物,提供空間驅避性,而無需直接塗抹在皮膚上。”