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科學好故事|揭曉蚊子世界秘密:少數蚊子吸血,多數是“夜間授粉工”

作者:Cypress Hansen

翻譯:葉傾城

科學好故事|揭曉蚊子世界秘密:少數蚊子吸血,多數是“夜間授粉工”

美國東部森林中潛伏著一種巨型蚊子,它使得其他3570種“親戚”相形見絀,白天的時候,它積極尋找食物,長腿穿梭在樹林之間發生嗡嗡的響聲,當它的觸鬚感知並鎖定目標時,會伸出長而彎曲的喙,插入花朵柔軟的中心區域,吮吸甜美的花蜜。

是的,你沒看錯,這種巨型蚊子不吸人血,也不吸食其他動物的血液。由於它們以植物為食,這種被稱為“象蚊”的蚊子通常不會引起人們的注意,相反,我們所擔心的吸血蚊子物種僅佔種群的3%,正是這3%的蚊子品種會讓人們感染人畜共患疾病,例如瘧疾、登革熱和寨卡病毒等等。毫無疑問,我們對這些吸血蚊子的憤怒是有理由的,對於人類而言,蚊子是地球上最致命的生物之一,但這僅針對於吸血蚊子,像前面描述的長腿、吸食花蜜的象蚊是眾多對人類有利而無害的物種之一。

除了大約100種通常會將疾病傳播給人類的蚊子物種之外,還有數千種具有獨特行為方式以及美麗身體的蚊子,但人類似乎忽略了它們的存在,仍然不加區分地消滅著蚊子。對於那些捕食危險物種幼蟲的彩虹色蚊子、夜間對花朵授粉的蚊子、以及冒著生命危險保護幼卵不被傷害的蚊子,我們都應該清除並滅絕它們嗎?

我們一直嚴重低估了蚊子種類的多樣性,其實我們所到之處發現蚊子新物種數量是驚人、超乎預期的。

作為史密森尼國家蚊子收藏館負責人,伊馮獲得了全球最全面、最廣泛的蚊子物種資料資訊,今年,她與合著作者理查德·威爾克森和已故的丹尼爾·斯特里克曼共同完成了一本新書《蚊子世界》,這份1300頁手冊綱要型別的書籍強調了蚊子物種的多樣性,不僅有人類害怕的吸血蚊子,還有大量對人類無害的蚊子。透過這項全面調查分析,將擴大我們對蚊子物種的全面認知,這種世界上最令人討厭的昆蟲其實具有意想不到的美麗、益處和多樣性。

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絢麗外表的蚊子

當象蚊嗡嗡地從一朵花飛到另一朵時,其身體上寶藍色和銀色條紋在陽光下閃閃發光,覆蓋背部和腿部的明亮鱗片,表明在漫長的生物進化史中,蚊子的身體進化形成了多種顏色。一些物種是透過身體匹配自然顏色來與周圍環境融合一體,而另一些物種則以閃閃發光的體色脫穎而出,通常它們擁有彩虹色、紫羅蘭色、金色、綠色、明亮啞光橙色和黑白圓點。其他種類的蚊子,例如:虎蚊,身體上長著囚服條紋色,人們認為這種獨特條紋會讓捕食者和寄主從視覺上很難鎖定其外形大小,從而起到一種迷惑效應。

除了亞洲虎蚊之外(該物種至少攜帶25種病原體),大多數危險的蚊子物種看上去就像一個“棕色斑點”。

對人類構成健康威脅的通常是那些顏色單調的蚊子。史密森尼國家蚊子收藏館儲存著170多萬隻蚊子標本,多年以來,伊馮作為該收藏館館長一直致力於網路蚊子資料庫收集整理,輸入所有已知蚊子物種的特徵描述、關聯疾病和基因標識。

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在“棕色斑點”蚊子群中會散佈著幾十種彩色蚊子,伊馮將體色鮮豔的煞蚊稱為“蚊子世界中的好萊塢歌舞女郎”。

在煞蚊種類中有一種非常奇特的物種,它被稱為Sabethes cyaneus,從頭至腳都被紫羅蘭和藍色覆蓋著,雄性和雌性的第二對腿上都長著細長羽毛狀鱗片,這讓人們聯想到牛仔穿的流蘇靴,類似這樣的裝飾結構使研究人員感到困惑。

為什麼它們會長有這些腳槳,並沒有直接理由可以進行解釋,這些蚊子在熱帶叢林中飛行,這些流蘇狀腳槳不太符合空氣動力學原理,這似乎不是它的一個優勢結構。

1990年,科學家進行的實驗揭曉了其中的謎團,他們將Sabethes cyaneus腿部類似流蘇的腿毛剪去,發現這種結構在配偶識別過程中起著關鍵作用。雌蚊對於雄蚊是否長有腿部流蘇並不在意,但雌蚊如果沒有的話,雄蚊將拒絕與它們發生交配,似乎該物種的交配過程更加複雜。

尋找配偶

溫暖晴朗的天氣有利於蚊子繁殖,這就是為什麼到了夏季我們會飽受蚊子的困擾,人們可能不會想到蚊子交配過程會特別複雜,說實話,大多數物種的交配過程都時間短暫,但也有一些特殊的物種,雄性需要表演舞蹈、特殊姿勢,才能引起雌性關注,它們交配之前的表演是一部很好的“愛情小說”。

雖然蚊子翅膀發出高音嗡嗡聲會讓我們多數人感到焦慮不安,但對於象蚊而言,這就是在唱“情歌”。雄蚊和雌蚊的嗡嗡聲能在幾秒內完美同步,它們透過翅膀拍動頻率與未來配偶進行匹配,和諧匹配的飛行頻率可能會使蚊子在空中交配更容易,儘管這個說法還需要進行更多的研究才能確定。

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對於Sabethes cyaneus而言,伴侶翅膀拍打的技巧並不重要,只要它們在交配之前會“跳舞”就行,當它們決定發生交配,其交配過程就像它們的體毛結構那樣複雜,而且幾乎總是倒懸著身體發生交配。

雄蚊會將交配地點選擇在小樹枝下,開始向附近雌蚊擺動長有羽毛的腿部,如果雌蚊沒有飛離或者用後腿踢它,雄蚊拍打頻率就會更快,然後彎曲站立的腿部,用喙部數次輕輕觸動雌蚊。如果倒懸身體和跳舞還不夠有趣,還有一些長著巨大毛茸茸觸鬚的雄蚊,還能嗅出遠處的雌蚊。

而其他蚊子物種的交配方式則不大相同,它們形成密叢集體,在飛行下降時進行交配。紐西蘭Opifex屬雄蚊經常在池塘周圍飛行,守衛和照顧成長中的幼蟲,它們等待成年雌蚊受孕,直至幼蟲孵化出來。

“微型直升機媽媽”

在森林中,樹幹上的小洞是蚊子幼蟲年復一年生長的可靠水源,但蚊子會將它們的卵產在任何可能找到的水池中,人們可以在蟹洞、竹節和雨水溝中找到蚊子卵,雨水會湧入森林地面的棕櫚葉、果殼和捲曲樹葉的隆起處,甘比亞按蚊是非洲瘧疾的主要傳播媒介,它們通常會在泥濘的動物蹄印中產卵繁殖。

當雌性象蚊準備產卵時,它會找到一個樹洞來存放卵,當它在樹洞外盤旋飛行時,卵從腹部一個接一個地排入樹洞中的水裡,這種彈射卵的行為可能是為了保護幼蟲不遭受捕食者的傷害,也可能是為了躲避那些已經佔領水池的其他狡猾蚊子媽媽。

一旦蚊子媽媽將卵彈射就會飛走,根本不考慮它們孩子未來的成長,這種行為在蚊子世界中很普遍,來自蚊子的母性關愛非常罕見,但這也並非絕對現象,至少有一種蚊子具有“母性關愛”,這種蚊子命為毛唇蚊,學名Trichoprosopon digitatum。

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毛唇蚊卵有時會漂浮在猴子殘留的果皮包裹的雨水中,這些蚊子卵很容易被雨滴濺到地面上,或者在果皮中的水溢位時被移走,雌性毛唇蚊會悉心保護自己的卵,盤旋在卵的上方位置,無所畏懼地保護著它們,一直到幼蟲孵化,避免其他昆蟲、水和碎片對蚊子卵造成傷害。

如果我們到巴西收集毛唇蚊成年蟲,會發現雌蚊並不想離開自己的卵,它本可以輕易地飛走逃離捕捉,但它們仍選擇留在原地,試著保護自己的卵。如果不將蚊子擬人化——賦予它們類似人類的特質,就很難描述這種行為,毛唇蚊給我們留下了深刻印象:它們能意識到後代面臨的潛在風險,會盡全力保護,甚至不顧自己的安危。

雖然毛唇蚊的行為可能純粹出於生物繁殖的本能,而不是溫柔的母愛,但在蚊子和蒼蠅中,母愛是一種罕見的特徵,蚊子行為的複雜性再也不會讓我們感到驚訝,它們做了很多奇怪和瘋狂的事情。

有目的的進食

當象蚊卵孵化時,它們的幼蟲比大多數蚊子幼蟲體型更大,幾乎有鉛筆那麼粗。大多數幼蟲在水中過濾藻類、碎屑和其他微生物,但象蚊幼蟲是多刺、瘋狂進食的“獵手”。對於我們而言幸運的是,象蚊幼蟲很容易吃掉處於蠕動狀態的其他蚊子幼蟲,在美國、越南、烏干達、薩摩亞等地區,象蚊能作為一種生物控制方法,有效地用於控制疾病媒介傳播的其他蚊子繁衍。

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人們將這些最兇猛的“幼蟲獵手”放入稻田中,用於消滅叮咬人類的蚊子幼蟲,這種獵手體型較大,能消滅多數叮咬人類的蚊子幼蟲,據不完全統計,一隻象蚊幼蟲平均每天可吞食30-40只其他蚊子幼蟲,幼年時期的暴食習性提供了充足的蛋白質,可維持整個成年期生長,所以它們不需要吸食其他動物的血液來產下健康的卵。

這樣的“有益蚊子”品種有幾十種,例如:象蚊和它的近親物種,成年後從不吸血。事實上,人類並非蚊子的主要叮咬物件,它們還會吸食其他動物的血液,例如:青蛙、鱷魚、蚯蚓、犰狳、海牛,甚至還有彈塗魚。

近期科學家對蚊子化石的研究表明,這些昆蟲最初是爬行動物,主要吸食恐龍的血液,現今在多數情況下,人類並非是蚊子叮咬的首選目標,只是人類碰巧經過蚊蟲的聚集區域。造成蚊子吸食人類血液的原因與人類活動密切相關,在人類進化演變歷程中,現代人類在自然界脫穎而出,掌握並使用多種工具後,便開始過度捕殺會吞食蚊蟲的動物,最終使得蚊子別無選擇,只能吮吸人類的血液。

蚊子愛喝的是什麼味兒?

其實血液並不是蚊子唯一的飲品。在野外,不管雄蚊子還是雌蚊子,它們都會吸食含糖的液體(比如花蜜),以獲取日常所需的能量。但對於雌蚊子來說,血液中的蛋白質可以給它們提供產卵所需的營養,也就難怪我們的血液上了很多雌蚊子的“必喝榜”。

糟糕的是,蚊子在吸血的同時還會傳播很多疾病,每年導致的死亡人數多達百萬。為了控制蚊子傳播的疾病,讓蚊子少吸血、不吸血,科學家們想了很多辦法。一個研究小組為了讓蚊子少吸血,還嘗試過給蚊子喂減肥藥……

為了瞭解蚊子對血液的特殊味覺,研究人員給雌性埃及伊蚊(Aedes aegypti,也是傳播不少疾病的罪魁禍首)準備了花蜜和血液,觀察它們在喝這兩種飲料時有什麼不同。

在論文中,研究人員介紹,雌蚊子在吸蜜和吸血時有不同的喝法。簡單來說,當它們吸蜜時,主要靠下唇(labium)檢測糖分;而在吸血時,則收縮下唇,露出針管一般的口針(stylet),用它刺穿面板,直接接觸血液。

雌性埃及伊蚊吸血和吸蜜採用不同的工具(圖片來源:參考資料[1])

接下來,研究人員開始為蚊子調配飲料,看看裡面加些什麼配料時會誘使雌蚊子伸出口針,進入吸血模式。實驗結果顯示,至少需要以下四種物質:葡萄糖,氯化鈉(鹽),碳酸氫鈉(產生二氧化碳),以及三磷酸腺苷(ATP)——為細胞提供能量的化合物。

為了確認ATP是什麼味兒,研究人員還調了一點ATP溶液親自嚐了嚐,這東西根本沒味道。 ATP是一種神秘的特殊物質,人類完全嘗不出它的味道。但對蚊子來說,它肯定是很刺激很美味的。

研究人員採用一種叫作BiteOscope(咬鏡)的特殊成像裝置來觀察蚊子怎麼“喝飲料”,人的味蕾上分佈著不同的受體,區分不同的味道,那麼蚊子的口針是怎麼嚐出這四種物質的呢?於是,研究人員進一步詳細分析了蚊子的口針。

利用基因改造的蚊子,並結合鈣成像技術檢測神經元活性,研究人員在蚊子的口針中成功地識別出了對血液成分敏感的四種神經元。

蚊子經常從一個以上的宿主物種吸血,使它們成為人畜共患病的極好媒介。它們通常以爬行動物(右下)、兩棲動物(中)和哺乳動物(左)為食,但也有一些以蠕蟲(右上)甚至魚類為食。

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那麼總結起來,蚊子愛喝的這口血對於它們來說到底算什麼滋味呢?只能說接近於有點鹹又有點甜,但人類沒有同樣的味覺體驗,這有點像試圖描述蜜蜂眼中的花朵是什麼顏色,它們能看到我們人眼看不到的紫外線,而雌蚊子能品嚐出我們嘗不出的味道來。

當蚊子不吸血獲得蛋白質時,它們從花蜜、樹液和果汁中獲取能量,然而,馬來亞屬蚊子,它們攝入的糖分來自其他昆蟲,它們會用自己的觸鬚和短喙撫摸螞蟻和蚜蟲的面部,使螞蟻和蚜蟲從嘴裡反芻一種叫做蜜露的甜液體。

這些蚊子可能是在模仿飢餓的螞蟻,使用模擬同類的方法,向它們索要蜜露,還與螞蟻“親密接觸”,最終螞蟻的防禦警惕徹底崩潰。其實所有蚊子都依賴含糖植物液體作為它們的主要食物,而這種與植物的緊密關係可能比我們意識到的更加重要。

“夜班模式”

由於蚊子的吸血傾向,使得人們對它們的授粉職責高度忽視,其中存在著很大的偏見,因為很少有人在天黑之後觀賞花卉,白天我們很少會看到蚊子盤旋在花朵之間,但在夜間實驗中,會發現花朵上盤旋著大量的蚊子,它們是“夜班授粉工”。

蚊子作為植物的授粉者,人們對它們訪問過哪些植物,以及它們與蜜蜂、蝴蝶和甲蟲傳播花粉的效率差別卻知之甚少。透過夜間花卉阻斷實驗表明,當禁止夜間授粉昆蟲訪問花卉,那麼這些花卉就會出現授粉失敗,同時,與白天花卉阻斷實驗相比,白天昆蟲授粉效率更低。

基於這一點以及夜間花卉上發現蚊子數量較多,表明像蚊子這樣的夜間授粉者對生態系統的貢獻很大,可能與我們在白天看到的熟悉授粉者一樣重要。然而,蚊子在物種識別方面還有很長的路要走,即使在科學界,它們也經常被排除在傳粉昆蟲之外,蚊子不僅被嚴重低估,甚至研究人員很少從事蚊子傳粉相關的研究。幾乎沒有人,即使是昆蟲學家,希望在花朵上看到蚊子,因為人們對蚊子的吸血習性十分痛恨。

科學好故事|揭曉蚊子世界秘密:少數蚊子吸血,多數是“夜間授粉工”

蚊子存在於每一個生態圈中,它們與無數植物、動物、微生物和病原體錯綜複雜地交織在一起,然而我們對它們的認知仍侷限於它們對人類的叮咬和攜帶的病毒。

如果僅憑它們對人類的巨大影響就能說明它們與其他物種之間的關係,那麼我們就有必要將更多精力放在瞭解它們所處環境的背景之下。我們還需要洞察更多的蚊子習性,人們經常認為我們現已解決了蚊子的問題,但事實上我們還遠沒有完成。

那些不太為人所知的蚊子,擁有鮮豔的顏色、奇特的交配方式和多樣性宿主,反映了蚊子物種的多樣性,一旦人們深入觀察,就很難忽視這種多樣性,只要我們正確認識蚊子對人類所做的貢獻,將會有更多的人來拯救它們。

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