蚊子叮咬通常只是小烦恼，但在许多地区，它会引发恐惧。一种蚊子，Aedes aegypti，负责传播导致每年超过1亿例登革热、黄热病、寨卡病毒和其他疾病的病毒。另一种蚊子，Anopheles gambiae，则传播导致疟疾的寄生虫。根据世界卫生组织的说法，单是疟疾每年导致超过400,000例死亡。这种传播疾病的能力使蚊子理所当然地获得了最危险动物的称号。
雄性蚊子不构成威胁，但雌性蚊子需要血液来发育卵子。为了理解蚊子如何找到宿主，过去一百多年中进行了大量研究，这种情况是可以理解的。科学家发现这些昆虫并不依赖于单一的线索，而是使用来自不同范围的多种感官输入的组合。
来自加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的一个研究团队发现蚊子的另一种已知能力：检测红外线（IR）的能力。当这一能力与二氧化碳（CO2）和人体气味结合时，接近人体皮肤温度的红外辐射使蚊子的宿主搜索行为增强了一倍。蚊子在寻找宿主时持续朝向红外源移动。研究人员进一步探讨了这一红外传感器在结构和生化层面的定位和功能。其研究成果详细记载于《自然》杂志。
“我们研究的蚊子，Aedes aegypti，在寻找人类宿主方面十分高明，”共同首席作者尼古拉斯·德博比安说，他曾是加州大学圣巴巴拉分校蒙特尔教授实验室的研究生和博士后。“我们的研究提供了新的见解，帮助我们理解它们是如何做到的。”
借助热红外引导
众所周知，像Aedes aegypti这样的蚊子利用多种指标远距离寻找宿主。“这些指标包括我们呼出的二氧化碳、气味、视觉、从皮肤散发的热量以及我们身体的湿度，”共同首席作者阿维纳什·钱德尔解释说，他是蒙特尔实验室的一名博士后。“然而，这些指标各有局限。”昆虫在视觉方面存在困难，强风或人类的快速动作等因素可能会干扰它们的化学追踪。因此，研究人员考虑到蚊子是否可以感知更可靠的方向信号，如红外辐射。
在约10厘米的距离内，这些昆虫可以检测到从我们皮肤散发的热量，而且在着陆后，它们可以感知到皮肤温度。这两种能力对应于两种热传递方式：对流，即热量在空气等介质中的运动；导热，即通过直接接触交换热量。然而，热量还可以作为电磁波在更远的距离传播，通常在红外（IR）光谱内。某些动物，如盲蛇，可以感知来自温热猎物的热红外，这促使研究团队调查蚊子，尤其是Aedes aegypti，是否也具备这种能力。
研究人员将雌性蚊子放置在一个笼子里，分析它们在两个区域的宿主搜索行为。每个区域都暴露于与人类呼气水平类似的人体气味和二氧化碳（CO2）中。然而，只有一个区域配备了一个接近皮肤温度的红外源。一个障碍物防止了源与室内之间通过导热和对流进行热传递。然后他们计算了多少只蚊子表现出静脉探测行为，表明它们正在寻找喂食地点。
当添加34ºC的红外源（约为皮肤温度）时，蚊子的宿主搜索行为加倍，表明红外辐射是一种新识别的感官，蚊子用来检测我们。此外，研究人员发现这一能力在70厘米（2.5英尺）内依然有效。
“这项研究最让我惊讶的是，红外的效果竟然如此显著，”德博比安说。“一旦我们正确调整所有参数，结果就明确地证明了这一点。”
过去的研究未能显示热红外对蚊子行为的任何影响，但资深作者克雷格·蒙特尔认为，这可能与研究方法有关。一个认真科学家可能会试图单独研究热红外，只引入一个红外信号而不附加其他线索。“然而，仅依靠一个线索不会促使宿主搜索行为。只有当与其他信号结合时，如增加的二氧化碳和人体气味，红外才会产生影响，”蒙特尔指出，他是分子、细胞和发育生物学的杜根及杰出教授。他的团队确认，即使在仅有红外的测试中，得出的同样结论也是：单靠红外不会影响行为。
感知红外的秘诀
蚊子不能像探测可见光那样感知热红外辐射。红外的能量过低，无法激活负责检测动物眼中可见光的视紫红质蛋白。波长超过约700纳米的电磁波不会激活视紫红质；由体热发出的红外波长约为9,300纳米。实际上，尚无已知的蛋白质能被这种长波长的辐射激活，蒙特尔表示。然而，可能存在其他机制来检测红外。
考虑一下太阳产生的温暖：它转变为能够穿越太空真空的红外。当这股红外到达地球时，会与大气中的原子相互作用，导致能量转移并加热地球。“这是热量转变为电磁辐射，而在击中表面后被转换回热量，”蒙特尔解释道。他还指出，太阳发出的红外与我们体热产生的红外波长不同，因为波长依赖于发射源的温度。
研究人员假设，人体热产生的红外可能会与蚊子中的特定神经元相互作用，从而通过加热激活它们。这一机制将使蚊子能够间接感知红外。
已经证实，蚊子触角的末端含有能够感知热量的神经元。研究团队发现，当移除这些触角的末端时，蚊子就无法检测红外。
此外，另一实验室发现了位于触角末端的温度敏感蛋白质TRPA1。加州大学圣巴巴拉分校的团队指出，缺乏功能性trpA1基因——该基因负责蛋白质的合成——的蚊子无法感知红外。
触角的末端包含特别适应的凹槽结构，经过优化以检测辐射。凹槽保护了插头免受导热和对流热的影响，使得高方向性的红外辐射得以进入并加热该结构。蚊子随后利用TRPA1蛋白（一种温度传感器）来检测红外辐射。
深入生物化学
热感应TRPA1通道的活性可能无法完全解释蚊子能够检测红外的距离。一个完全依赖此蛋白的传感器可能无法在研究中发现的70厘米范围内有效工作，因为凹槽结构可能收集不到足够的红外以充分加热并激活TRPA1。
2011年对果蝇的早期研究表明，更敏感的温度受体的存在。研究小组发现了一些在温度略微上升时反应显著的、属于视紫红质家族的蛋白质。虽然视紫红质传统上被认为是感光蛋白，但蒙特尔的研究揭示其中一些蛋白质对各种刺激作出反应，表明它们的多功能性不仅仅限于视觉，还包括味觉和温度检测。在详细的研究中，研究人员注意到在蚊子的十种已识别视紫红质中，有两种存在于与TRPA1相同的触角神经元中。
当TRPA1被去除时，蚊子失去了对红外线（IR）光的敏感性。然而，具有Op1或Op2这两种视紫红质缺陷的昆虫，其敏感性没有变化。即使当这两种视紫红质都被敲除时，蚊子仍保持一定程度的红外线敏感性，尽管明显降低。
研究结果表明，强大的热红外光源类似于蚊子在靠近目标（如离一人大约一英尺远）时会遇到的直接刺激TRPA1。相比之下，Op1和Op2在较低水平的热红外光范围内被激活，并随后导致TRPA1的激活。考虑到人类皮肤温度相对恒定，TRPA1的增强敏感性有效地将蚊子的红外检测范围延伸至大约2.5英尺。
战术优势
Chandel指出，全球约有一半的人口易受蚊子传播疾病的影响，每年约有十亿人被感染。此外，气候变化和全球旅行的增加使得Aedes aegypti蚊子的栖息地扩展到了热带和亚热带地区以外。这种蚊子现在在美国的加州等地区被发现，而几年前这里尚未见过它们。
团队的发现可能为减少蚊子数量提供了新的策略。例如，使用模仿人类皮肤温度的热红外光可以增强蚊子陷阱的有效性。研究结果还阐明了为什么宽松的衣物有助于避免被叮咬：它们不仅防止蚊子接触皮肤，还允许皮肤产生的红外线在织物和身体之间分散，使得蚊子更难以检测。
“尽管它们很小，但蚊子造成的人类死亡人数超过任何其他动物，”DeBeaubien说道。“我们的研究提升了对蚊子如何发现人类的理解，并为管理蚊子传播的疾病开辟了新的途径。”
此外，之前与BASF合作的Vincent Salgado及他的学生Andreas Krumhotz也是这项研究合作的一部分，与Montell团队共同参与。
