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                  蚊子為什么能準確找到你?掃描電鏡下解析蚊子精密的吸血“器”

                  發布時間: 2023-12-25  點擊次數: 747次

                  隨著一年之中氣溫最高的“三伏天"來臨,“嗡嗡嗡"的蚊子也開始活躍,不管是在室內、室外還是植物繁茂的野外,蚊子總能準確地找到我們暴露的皮膚,并狠狠叮上一口。本文介紹掃描電鏡解析蚊子精密的吸血“利器"

                  Chapter 1 蚊子為什么需要吸血?

                  其實雄性蚊子只以植物汁液為食,雌性蚊子才會需要取食血液以完成生殖營養周期,因為血液中包含的蛋白質等營養物質可以幫助雌蚊排卵。

                  Chapter 2 蚊子如何吸食血液?

                  蚊子為了吸食血液,進化出了一套高度特化的吸血口器,內含 6 根“針"(不吸血時 6 根“針"由下唇包裹)。6 根針分別是:上唇、舌、一對下顎和一對上顎(如圖 1 所示)。

                  圖1 雌蚊頭部照片,右側為口器展開形態,左側為一對觸角

                  我們將蚊子標本放到飛納臺式掃描電鏡下觀察發現,其下唇較為寬厚,表面覆蓋大量鱗片(見圖2),這也就是我們肉眼觀察到的蚊子嘴。但在吸血時,下唇會彎曲留在皮膚外,內部收束的“針"則會進入皮膚(見圖3)。

                  圖2:下唇前端掃描電鏡照片,內部包裹的針在前端翹起

                  圖3:蚊子吸血的照片,下唇彎曲留在皮膚外

                  我們剛剛說到,這個吸血口器高度特化,6 根“針"分工明確。其中上唇負責吸血,舌負責注射唾液,上顎和下顎負責割開我們堅韌的皮膚,為找尋血管探路開道。因此上下顎都比較堅韌且前端銳利,下顎長有倒鉤,在切割組織時還起到固定作用(圖4)。

                  圖4:雌蚊下顎 掃描電鏡圖片,前端長有倒鉤

                  Chapter 3 蚊子是如何準確找到宿主的?

                  蚊子主要通過宿主釋放出的氣味、CO、濕度等線索發現并選擇宿主。氣味線索主要依靠嗅覺系統感知,觸角是蚊蟲最主要的嗅覺器官,其上生有多種感器,能夠對外界各種刺激產生反應。

                  瘧疾媒介 - 中華按蚊的觸角感器在飛納電鏡下可以看到其觸角的整體面貌(圖5)以及不同形狀的嗅覺感器(圖6),此蚊子標本我們觀察到有 3 種感器,分別為毛形感器、刺形感器、錐形感器。

                  圖5:雌蚊觸角 掃描電鏡圖

                  圖6:觀察到的 3 種感器:毛形感器、錐形感器、刺形感器

                  毛形感器:蚊蟲觸角上數量最多的感器,在追尋宿主和尋找產卵場所等行為有重要作用。

                  錐形感器:對氨、乳酸和短鏈羧酸等非常敏感,這些是人類汗液的主要成分,說明錐形感器在追尋宿主行為中有重要作用。如圖 7 所示

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                  圖7 錐形感器,外形較直,形狀如突起釘,表面有凹槽

                  刺形感器:屬于機械感器,具有感知氣流運動的功能。雌蚊可以通過觸角上的感器,從空氣氣流中嗅聞出人類的味道,并逆著含有人類味道的氣流飛行尋找。

                  Chapter 4 “嗡嗡嗡"的惱人聲音來自哪里?

                  當蚊子終于來到人類附近時,我們總能聽到“嗡嗡嗡"的聲音,可蚊子并沒有發聲器官,那這個惱人的聲音是怎么來的呢?其實這個聲音是由蚊子的翅膀振動引起的,翅膀振動頻率很快,每秒約 594 次。

                  蚊子僅有一對翅膀,是一層薄薄的膜,四周分布著不同形貌的鱗片(圖8),原有的后翅退化為平衡棒(圖9),幫助飛行時平衡身體。

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                  圖8:蚊子翅膀掃描電鏡圖,左圖(放大倍數:88X),

                  右圖(放大倍數:800X)

                  圖9:蚊子平衡棒(退化的后翅)掃描電鏡圖

                  Chapter 5 蚊子的眼睛有什么作用?

                  依靠著觸角和翅膀,蚊子能準確找到宿主,但當蚊子遇到天敵或被宿主驅趕時,復眼作為視覺器官起到了重要作用。

                  蚊子有一對幾乎將頭部包裹的復眼,每只復眼由上百個六邊形的小眼組成,這意味著它可以眼觀六路,敏銳察覺到宿主的攻擊。如圖 10 和圖 11 所示

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                  圖10:蚊子復眼局部 掃描電鏡圖 (放大倍數:2,000X)

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                  圖11:單個小眼 掃描電鏡圖 (放大倍數:8,000X)

                  Chapter 6 蚊子為什么可以立在水上?

                  當雌蚊吸飽了血液,并成功躲避了宿主追擊,它需要在水面進行產卵。蚊子是生物世界里少見的具有水陸“兩棲"功能的昆蟲。一條腿可以在水面上撐起蚊子體重約 23 倍的重量,蚊子腿的最外層是角質層,具有超疏水性能。

                  放到飛納電鏡下觀察我們發現,蚊子腿上覆蓋著大量微小的羽毛狀鱗片,每個鱗片上存在縱橫交錯的格柵狀結構,可以容納許多氣體分子,在蚊子接觸水面時形成氣墊,并且外面滿是防水的蠟質和烴類,幫助它在水面浮立產卵(如圖 12 所示)。

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                  圖12 蚊子腿表面的鱗片 (左圖,放大倍數:275X) 及鱗片上的格柵狀結構 (右圖:放大倍數:2,000X)

                  Chapter 7 蚊子為什么可以在天花板上自由行走?

                  在蚊子不行動的時間里,往往會藏在暗光處休息。為什么蚊子可以在天花板上來去自由呢?我們放到飛納電鏡下觀察發現,蚊子腳墊由兩個鉤子形的爪子和橢圓形的粘附墊構成,這種結構可以幫助它們用各種角度在墻壁、玻璃和天花板上自由行走、長時間粘附停留(如圖 13 所示)。

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                  圖13:蚊子腳墊掃描電鏡圖

                  小小的蚊子在掃描電鏡下竟然有這么多的特殊結構,萬惡的蚊子也有神奇的一面,極其精妙的結構是其在地球上生存了 1 億多年的基礎。這些結構相互配合,讓它能夠自如的完成:尋找宿主、逆風飛行、吸血、躲避追擊、浮立產卵等動作。


                  參考文獻

                  1. 公蚊子為什么不吸血[J].新疆農墾科技, 2022,45(04):72.

                  2. 劉曉荻.蚊子如何聞到人身上的汗液[J].基礎醫學與臨床, 2019,39(10):1498.DOI:10.16352/j.issn.1001-6325.2019.10.027.

                  3. 孔祥清,曲艷東,章文姣等.蚊子口針刺入皮膚的刺入力分析[J].科技導報,2013,31(22):60-63.

                  4. 孔祥清,吳承偉.蚊子腿表面多級微納結構的超疏水特性[J].科學通報,2010,55(16):1589-1594.

                  5. 孔祥清. 蚊子浮水與針刺力學行為研究[D].大連理工大學,2010.


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