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蚊子为什么能准确找到你?扫描电镜下解析蚊子精密的吸血“利器”

 更新时间:2023-12-25 点击量:425

随着一年之中气温最高的“三伏天"来临,“嗡嗡嗡"的蚊子也开始活跃,不管是在室内、室外还是植物繁茂的野外,蚊子总能准确地找到我们暴露的皮肤,并狠狠叮上一口。本文介绍扫描电镜解析蚊子精密的吸血“利器"

Chapter 1 蚊子为什么需要吸血?

其实雄性蚊子只以植物汁液为食,雌性蚊子才会需要取食血液以完成生殖营养周期,因为血液中包含的蛋白质等营养物质可以帮助雌蚊排卵。

Chapter 2 蚊子如何吸食血液?

蚊子为了吸食血液,进化出了一套高度特化的吸血口器,内含 6 根“针"(不吸血时 6 根“针"由下唇包裹)。6 根针分别是:上唇、舌、一对下颚和一对上颚(如图 1 所示)。

图1 雌蚊头部照片,右侧为口器展开形态,左侧为一对触角

我们将蚊子标本放到飞纳台式扫描电镜下观察发现,其下唇较为宽厚,表面覆盖大量鳞片(见图2),这也就是我们肉眼观察到的蚊子嘴。但在吸血时,下唇会弯曲留在皮肤外,内部收束的“针"则会进入皮肤(见图3)。

图2:下唇前端扫描电镜照片,内部包裹的针在前端翘起

图3:蚊子吸血的照片,下唇弯曲留在皮肤外

我们刚刚说到,这个吸血口器高度特化,6 根“针"分工明确。其中上唇负责吸血,舌负责注射唾液,上颚和下颚负责割开我们坚韧的皮肤,为找寻血管探路开道。因此上下颚都比较坚韧且前端锐利,下颚长有倒钩,在切割组织时还起到固定作用(图4)。

图4:雌蚊下颚 扫描电镜图片,前端长有倒钩

Chapter 3 蚊子是如何准确找到宿主的?

蚊子主要通过宿主释放出的气味、CO、湿度等线索发现并选择宿主。气味线索主要依靠嗅觉系统感知,触角是蚊虫最主要的嗅觉器官,其上生有多种感器,能够对外界各种刺激产生反应。

疟疾媒介 - 中华按蚊的触角感器在飞纳电镜下可以看到其触角的整体面貌(图5)以及不同形状的嗅觉感器(图6),此蚊子标本我们观察到有 3 种感器,分别为毛形感器、刺形感器、锥形感器。

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图5:雌蚊触角 扫描电镜图

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图6:观察到的 3 种感器:毛形感器、锥形感器、刺形感器

毛形感器:蚊虫触角上数量最多的感器,在追寻宿主和寻找产卵场所等行为有重要作用。

锥形感器:对氨、乳酸和短链羧酸等非常敏感,这些是人类汗液的主要成分,说明锥形感器在追寻宿主行为中有重要作用。如图 7 所示

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图7 锥形感器,外形较直,形状如突起钉,表面有凹槽

刺形感器:属于机械感器,具有感知气流运动的功能。雌蚊可以通过触角上的感器,从空气气流中嗅闻出人类的味道,并逆着含有人类味道的气流飞行寻找。

Chapter 4 “嗡嗡嗡"的恼人声音来自哪里?

当蚊子终于来到人类附近时,我们总能听到“嗡嗡嗡"的声音,可蚊子并没有发声器官,那这个恼人的声音是怎么来的呢?其实这个声音是由蚊子的翅膀振动引起的,翅膀振动频率很快,每秒约 594 次。

蚊子仅有一对翅膀,是一层薄薄的膜,四周分布着不同形貌的鳞片(图8),原有的后翅退化为平衡棒(图9),帮助飞行时平衡身体。


图8:蚊子翅膀扫描电镜图,左图(放大倍数:88X),

右图(放大倍数:800X)

图9:蚊子平衡棒(退化的后翅)扫描电镜图

Chapter 5 蚊子的眼睛有什么作用?

依靠着触角和翅膀,蚊子能准确找到宿主,但当蚊子遇到天敌或被宿主驱赶时,复眼作为视觉器官起到了重要作用。

蚊子有一对几乎将头部包裹的复眼,每只复眼由上百个六边形的小眼组成,这意味着它可以眼观六路,敏锐察觉到宿主的攻击。如图 10 和图 11 所示

图10:蚊子复眼局部 扫描电镜图 (放大倍数:2,000X)

图11:单个小眼 扫描电镜图 (放大倍数:8,000X)

Chapter 6 蚊子为什么可以立在水上?

当雌蚊吸饱了血液,并成功躲避了宿主追击,它需要在水面进行产卵。蚊子是生物世界里少见的具有水陆“两栖"功能的昆虫。一条腿可以在水面上撑起蚊子体重约 23 倍的重量,蚊子腿的最外层是角质层,具有超疏水性能。

放到飞纳电镜下观察我们发现,蚊子腿上覆盖着大量微小的羽毛状鳞片,每个鳞片上存在纵横交错的格栅状结构,可以容纳许多气体分子,在蚊子接触水面时形成气垫,并且外面满是防水的蜡质和烃类,帮助它在水面浮立产卵(如图 12 所示)。


图12 蚊子腿表面的鳞片 (左图,放大倍数:275X) 及鳞片上的格栅状结构 (右图:放大倍数:2,000X)

Chapter 7 蚊子为什么可以在天花板上自由行走?

在蚊子不行动的时间里,往往会藏在暗光处休息。为什么蚊子可以在天花板上来去自由呢?我们放到飞纳电镜下观察发现,蚊子脚垫由两个钩子形的爪子和椭圆形的粘附垫构成,这种结构可以帮助它们用各种角度在墙壁、玻璃和天花板上自由行走、长时间粘附停留(如图 13 所示)。

图13:蚊子脚垫扫描电镜图

小小的蚊子在扫描电镜下竟然有这么多的特殊结构,万恶的蚊子也有神奇的一面,极其精妙的结构是其在地球上生存了 1 亿多年的基础。这些结构相互配合,让它能够自如的完成:寻找宿主、逆风飞行、吸血、躲避追击、浮立产卵等动作。


参考文献

  1. 公蚊子为什么不吸血[J].新疆农垦科技, 2022,45(04):72.

  2. 刘晓荻.蚊子如何闻到人身上的汗液[J].基础医学与临床, 2019,39(10):1498.DOI:10.16352/j.issn.1001-6325.2019.10.027.

  3. 孔祥清,曲艳东,章文姣等.蚊子口针刺入皮肤的刺入力分析[J].科技导报,2013,31(22):60-63.

  4. 孔祥清,吴承伟.蚊子腿表面多级微纳结构的超疏水特性[J].科学通报,2010,55(16):1589-1594.

  5. 孔祥清. 蚊子浮水与针刺力学行为研究[D].大连理工大学,2010.

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