美國研究發現 蚊子憑顏色與二氧化碳濃度找尋叮咬對象

幾年前,美國喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)的研究生克里斯托弗‧左(Christopher Zuo)還是本科生時,曾參與一項實驗,他穿著一件網狀防護衣,走進有100隻蚊子的房間。事後,克里斯托弗傳了一張相片給做這項實驗的胡立德(David Hu),顯示他的手臂佈滿蚊叮,留言說:「四分鐘太長了。」胡立德是該學院佐治‧伍德魯夫機械工程學院(George W. Woodruff School of Mechanical Engineering)和生物學院(School of Biological Sciences)教授,研究集中在動物行為和活動。

給蚊子叮咬會令人痕癢不適,更可能引發多種傳染病。經蚊子傳播的瘧疾、登革熱和寨卡等危險疾病每年造成超過70萬人死亡。根據世界衞生組織的資料,2022年約有近62萬人因瘧疾致死,其中大部分是非洲的兒童。

克里斯托弗‧左被蚊叮咬的手臂。
克里斯托弗‧左被蚊叮咬的手臂。

此外,全球每年花費220億美元購買殺蟲劑、殺幼蟲劑和蚊帳,只是為了對抗一種重量比一粒米還輕10倍的昆蟲。

胡立德和麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology、簡稱MIT)和加州大學河濱分校(University of California, Riverside)的研究人員合作了三年,研究蚊子如何感知人類存在。今年3月18日,團隊在科學期刊《科學進展》(Science Advances)發表研究成果。他們分析了2,000萬個數據點,建立起數學模型。結果發現,蚊子並非聯群活動,而是各自依據顏色與二氧化碳濃度來判斷人類。只要掌握這兩個訊號,就可以預測蚊子的飛行規律。

克里斯托弗說:「過往的研究發現視覺線索和二氧化碳會吸引蚊子,但不知道蚊子如何結合這些線索,決定飛行方向。其實蚊子就像小型機械人一樣有慣性,只需要弄清楚牠們的規則。」

研究團隊以常見於美國東南部、加州和世界許多地區的雌性「埃及斑蚊」(Aedes aegypti mosquitoes,又稱黃熱病蚊)作為研究對象。研究人員做了三項實驗,以不同視覺目標和二氧化碳水平來測試蚊子飛行。

在第一項實驗中,研究人員放置了一個黑色的發泡膠球,發現蚊子朝著發泡膠球飛去,但飛近後通常不會停留,而是迅速飛走。

當研究團隊將黑色物體換成白色物體,並添加二氧化碳後,蚊子就能夠找到二氧化碳的來源。不過科學家觀察到,這些昆蟲會短暫停頓一下,彷彿在旁仔細觀察,然後聚集在附近。但是當黑色物體和二氧化碳同時存在時,效果最明顯,蚊子蜂擁而至,徘徊不去,試圖叮咬這個物體。

最後克里斯托弗親自進入實驗室,穿著不同的服裝,包括全黑、全白和混合色的衣服。他張開雙臂,任由數十隻蚊子在他周圍飛舞,研究人員則用三維的紅外線攝影機記錄蚊子的飛行軌跡,再分析數據,確定蚊子最可能的飛行規律。

克里斯托弗參與實驗。
克里斯托弗參與實驗。

研究人員發現,深色物體能夠吸引蚊子的視覺,二氧化碳使牠們能夠近距離定位目標。每隻蚊子會獨立對視覺訊號和二氧化碳作出反應,引發聚集和叮咬獵物。

胡立德這樣形容蚊子尋找叮咬對象的方式:「蚊子就像酒吧裡的顧客,不是結伴而來,都是同樣給酒吧裡的酒水、音樂和氣氛吸引。蚊子也是如此,並非跟隨領頭的蚊子,而是跟隨訊號,不約而同到達相同的位置。」

除了視覺和二氧化碳之外,人類還會發出許多訊號,如體溫、濕度和氣味等,都可能影響蚊子選擇甚麼落腳點,但研究發現視覺和二氧化碳訊號最重要。科學家表示,研究模型可以準確重現蚊子在人類周圍的真實飛行模式,用來設計更好的誘捕器和驅蚊劑。

胡立德是台裔美籍科學家,除了任教工程和生物學,亦是物理學兼任教授,研究流體力學。他以「搞笑」研究聞名,曾兩度獲得「搞笑諾貝爾奬」(Ig Nobel Prize),2015年,他和另一名台灣科學家楊佩良(Patricia Yang)憑「哺乳動物小便定律」研究獲奬。

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