電鏡下解析蚊子精密的吸血“武器”揭示蚊子準確定位的原因

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(nèi)、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。

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(yǎng)周期，因為血液中包含的蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)可以幫助雌蚊排卵。

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(nèi)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(cè)為口器展開形態(tài)，左側(cè)為一對觸角

我們將蚊子標本放到飛納電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，其下唇較為寬厚，表面覆蓋大量鱗片（見圖2），這也就是我們?nèi)庋塾^察到的蚊子嘴。但在吸血時，下唇會彎曲留在皮膚外，內(nèi)部收束的“針”則會進入皮膚（見圖3）。

圖2：下唇前端 SEM 照片，內(nèi)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(zé)吸血，舌負責(zé)注射唾液，上顎和下顎負責(zé)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 SEM 圖片，前端長有倒鉤

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、CO₂、濕度等線索發(fā)現(xiàn)并選擇宿主。氣味線索主要依靠嗅覺系統(tǒng)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?qū)ν饨绺鞣N刺激產(chǎn)生反應(yīng)。

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 SEM 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(shù)量最多的感器，在追尋宿主和尋找產(chǎn)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

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。

“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(fā)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。

圖8：蚊子翅膀 SEM 圖


圖9：蚊子平衡棒（退化的后翅）SEM 圖

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(qū)趕時，復(fù)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(fù)眼，每只復(fù)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
 

圖10：蚊子復(fù)眼局部 SEM 圖 (放大倍數(shù)：2,000X)


圖11：單個小眼 SEM 圖 (放大倍數(shù)：8,000X)

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(chǎn)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(zhì)層，具有超疏水性能。

放到飛納電鏡下觀察我們發(fā)現(xiàn)，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(jié)構(gòu)，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(zhì)和烴類，幫助它在水面浮立產(chǎn)卵（如圖 12 所示）。

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

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(fā)現(xiàn)，蚊子腳墊由兩個鉤子形的爪子和橢圓形的粘附墊構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)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）。

圖13：蚊子腳墊 SEM 圖

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

參考文獻

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