蚊子的生存智慧

文/張唯誠

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——蚊子。

全球已知的蚊子有3500種，40個屬。雌性蚊子靠吸針式口器來啜飲包括鳥類、哺乳動物、爬行動物甚至魚類等動物的血液，靠血液中的營養繁衍后代。

蚊子的唾液中含有抗凝血劑和抗炎物質，可以防止動物的血液凝固，讓吸血更順利。當蚊子叮咬動物時，它們留下的不僅僅是叮咬的皰塊，其唾液還傳播此前“進餐”時沾染的細菌。如果蚊子體內攜帶了病原體，病原體就會伴隨唾液進入被叮咬的動物體內。比如，這些蚊子會向人類傳播包括基孔肯雅熱病、黃熱病、寨卡病毒、登革熱和瘧疾在內的多種致命疾病。每年有數百萬人死于由蚊子傳播的疾病，所以對人類來說，蚊子雖小卻如同大敵。正因為此，美國弗吉尼亞理工大學的實驗生物學家克萊門特?維努瑞將蚊子稱作“地球上最致命的動物”。

科學家們正在研究這種昆蟲的生活狀態，如它們如何進食、排泄和學習等。盡管人類對蚊子的了解還不夠深入，但一些謎團已經破解。

保持涼爽有妙招

蚊子是冷血動物，它們的體溫與周圍空氣的溫度相匹配。當它們以溫暖的血液為食時，它們的身體就會變暖。美國弗吉尼亞理工大學的醫學昆蟲學家克洛伊?拉洪德對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：蚊子如何解決在進食時體溫迅速升高，而不至于被熱死的問題。

要進行這樣的研究就需要先喂飽它們，這是一項血腥的交易。一開始，拉洪德不得不把胳膊伸進裝有蚊子的籠子里，用自己的血喂食它們。后來拉洪德發明了一種蚊子快餐——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。

當蚊子進食時，拉洪德便用一個熱成像攝像機拍攝它們。攝像機記錄的紅外光，提供判斷溫度的依據，拉洪德據此就能計算出熱血在蚊子體內的分布情況。她發現，當熱血流入蚊子體內時，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。

拉洪德把這一過程比作出汗。當人體感到過熱時就會出汗，空氣冷卻了汗液，身體失去了熱量，人體就會感覺涼爽。蚊子也用類似的方法成功解決了體溫過高的麻煩。2012年，拉洪德的研究團隊公布了他們的這一發現。

躲避危險善學習

蚊子吸血不僅使它體溫升高，而且還經歷了一種以生命為代價的冒險過程。鳥兒的喙、人類的巴掌和奶牛揮動的尾巴……都是動物抵御蚊子襲擾的利器，所以蚊子不僅是捕食者，同時也是獵物。

令人好奇的是，蚊子是如何挑選它們的“食物”呢？誰應該放棄，誰應該小心，誰又是安全的美味呢？

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。他們把蚊子放進一個充滿人類氣味的房間里。當蚊子在里面盤旋時，它們會遭到并不太強烈的電擊，這種電擊模仿了蚊子在叮咬我們時，我們用巴掌拍打它們時產生的震動。那些蚊子被這樣電擊了10次。

第二天，科學家們把它們放進一個簡單的迷宮里，迷宮的形狀像字母Y。蚊子從Y的底部飛進去，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合的人類氣味，而另一邊則完全是陌生的氣味。結果發現，蚊子變聰明了，它們更多地進入陌生氣味的那一邊。當它們被放進一個小型模擬器中飛行時，在接近“危險”的氣味時，它們也會放慢飛行速度。

究竟是什么讓蚊子學會了逃避危險呢？答案是多巴胺。這是一種在腦細胞間傳遞信息的化學物質，它也使蚊子學會了吸取教訓。在人體中，多巴胺會影響情緒，在運動和成癮方面也起著很重要的作用。而對蚊子來說，多巴胺則“讓它們意識到了一個信號和一種懲罰”。

原來，蚊子身體中的某些細胞外表呈現著某種被稱為“受體”的結構，可讓多巴胺附著其上。如果沒有這些受體，蚊子就不能意識到信號和懲罰，也就不能學習了。

“進食裝備”有奧妙

每次叮咬你的蚊子都是雌性的。雄蚊不產卵，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，但產卵的時候，它們就需要血液。這時候，它們面臨著很大的挑戰。

花蜜和血液沒有什么共同之處。花蜜是一種由植物產生的含糖液體，而血液則含有諸如血細胞和免疫細胞等固體顆粒。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?索洽是美國弗吉尼亞理工大學的科學家，他研究的是生物的運動方式，這門學科被稱為“生物力學”。索洽很想弄清蚊子吮吸的真相。蚊子叮咬了人體后，會把唾液轉移到人身上，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它們如何傳播疾病的信息。

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，極容易堵塞，因此更需要強大的吸力。

蚊子的進食裝備不一般。它們是通過2個“泵”提供吸力的，這種力量由頭部的肌肉提供。為了弄清這2個泵是如何工作的，索洽和同事們把蚊子放進一個有直徑超過1100米環的超大X光機里，環內的磁鐵驅動亞原子粒子飛快地運行，來自這些活潑粒子的能量以X射線的形式呈現出來。

在這種強大的光束中，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“進餐”情況。

他們發現蚊子首先開啟了第1個泵，隨后又小心地開啟了第2個泵，這使得蚊子能夠穩定地吸吮。但它的泵也并不總是全力打開，只要剛好讓液體順暢地流入體內，它就不愿意再費多余的力氣了。

然而有時候，蚊子會把2個泵完全打開，這就導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為“爆發模式”。

如果“爆發模式”能使液體流動得更快，那蚊子為什么不干脆使用這種模式進餐呢？畢竟，它們進餐是冒著風險的，只有吸吮得快，才能盡快地離開，而不是被一巴掌拍死。

原來，“爆發模式”的代價是高昂的。“爆發模式”需要付出比一般情況下高出1000倍的能量，“付出少，獲得多”才是劃算的買賣。但“爆發模式”亦不可少，在需要的時候，這種能力會大有用處，比如開啟“爆發模式”來清除堵塞。

事實上，這些研究不只是跟蚊子有關，研究和模擬蚊子應對大自然的特殊本領，可以為科學家和工程師提供新的設計思路，解決機械技術上的很多難題。