相信每一個人都被蚊子折磨過,不管是白天還是夜晚,醒著還是睡著,蚊子總能精準的找到你,然後你就撓撓撓,癢癢癢。拍完這隻,還有那隻。(這滋味,不好受啊)
那麼,蚊子為什麼總是會精準的找到你?滅蚊燈為什麼不管用?這期《木魚說》,就帶你瞭解最新的研究成果,相信大部分人都沒聽過。
根據2019年8月5號發表於核心期刊 Current Biology雜誌的最新研究報告顯示,蚊子定位的關鍵在於它的「視力」和「嗅覺」。
論文作者,美國弗吉尼亞理工大學的Clement Vinauger,和內華達大學的Floris Van Breugel等人的實驗是這樣的——
首先,他們設計了一種「飛行模擬器」,想要模擬視覺和嗅覺對蚊子神經系統的影響。這種模擬器由視覺模擬部分,嗅覺模擬部分以及感測器組成。
視覺模擬器由96*16(1536個)個LED管組成
LED管相當於一個巨大的電影螢幕,模擬蚊子所看到的東西,裝在這裡的真空管則會向蚊子運輸二氧化碳,作為嗅覺刺激。
同時,在儀器的下方,還裝有一個翼拍分析儀。
每當蚊子開始運動時,安在這裡的LED便會對蚊子向下打光,以便於下方的翼拍分析儀接收到蚊子的飛行資料,算出在不同條件下,蚊子翅膀的振動頻率,振幅以及方向變化。
實驗裝置準備就緒後,Clement取出了實驗室培育的6只雌性「埃及伊蚊」。
埃及伊蚊
在用這個裝置限制蚊子的活動空間後(不限制飛行方式),實驗便開始了。
首先,Clement等人想知道,「蚊子是否會對嗅覺方面的刺激產生反應」。
於是他們把整個視覺環境變成靜態的,也即讓LED呈現深色且垂直的豎條。
在這種環境下,Clement設計了兩個實驗,一個是利用真空管輸送的二氧化碳刺激蚊子,另一個是無二氧化碳刺激的對照實驗。
實驗結果顯示,相比於沒有二氧化碳的對照實驗,蚊子在被二氧化碳氣體刺激僅1秒後便迅速產生反應。
二氧化碳對照實驗
它的振動頻率增加了接近10Hz,振幅增加了近0。4,方向上的改變不那麼明顯,僅有大約0。2,這是嗅覺對蚊子行為的影響。
那麼,視覺呢?
Clement等人決定,利用LED播放下面的影象——
白色代表影象,紅色箭頭代表運動方向
每個影象刺激持續2秒,間隔4秒。
實驗結果顯示,不論是散狀的星形場亦或是單調的平移色塊,蚊子在看到後,翅膀的振動頻率以及振幅都會有所上升,其中,上升最小的是收縮模式。
不過讓Clement等人迷惑的是,視覺刺激確實能改變蚊子的行為,但在視覺刺激的同時,也加入嗅覺刺激後,並沒有進一步顯著改變蚊子的運動狀態。
Clement的實驗到這裡出現了一個問題——在關於嗅覺的實驗裡,氣味的確對蚊子產生了刺激,而在關於視覺的實驗裡,這種嗅覺刺激對蚊子行為的影響似乎又消失了。
難道是,視覺影響了蚊子的嗅覺,導致氣味刺激失去了作用?
Clement為了探究蚊子的視覺刺激和嗅覺刺激到底誰才是主導,設計了第二個實驗。
在這個實驗中,他們用到了「鈣成像技術」,這是一種利用鈣離子指示劑或特殊的熒光染料,直接測量神經元或神經元組織中鈣流動的技術。
鈣成像技術
神經元就是我們常說的「腦細胞」,它是大腦重要的組成成分,也是神經系統中最基礎的單位,負責接收,傳遞,整合我們從外界獲取的各類訊號。
神經元
所以,測量神經元中鈣離子濃度的變化,可以間接判斷神經元的功能及其作用。
藉助這一技術,Clement等人利用雙光子顯微鏡,標記了內髓,也即包括視神經葉,觸角葉等在內的重要區域中,59處相關神經元區域。
實驗裝置及神經元標記位置
現在,為了探究視覺和嗅覺誰才是主要的,Clement決定這樣做——
1。單獨地給予視覺刺激
2。單獨地給予嗅覺刺激
3。先單獨給予嗅覺刺激,再加上視覺刺激
4。先單獨給予視覺刺激,再加上嗅覺刺激
先看第一部分。
藍色部分是視覺刺激,橫軸代表時間,縱軸代表神經元的反應狀態。
第二部分。
需要注意的是,縱軸比上面的視覺刺激,最大值高了0。3,這也說明,嗅覺對神經元的刺激明顯高於視覺。
第三部分。
其中粉色部分代表嗅覺刺激,中間紫色部分代表嗅覺刺激和視覺刺激同時存在,而後面的藍色部分則是單獨的視覺刺激。
可以看到,神經元的反應在嗅覺部分呈現持續性升高,這種狀態一直保持到二氧化碳消失,也即嗅覺刺激消失,當只剩下視覺刺激時,神經元的反應處於較低水平。
第四部分。
和第三部分一樣,藍色部分代表視覺刺激,右邊的紫色部分則是在視覺刺激的基礎上加上了嗅覺刺激。
可以看到,在縮放後的座標系下,視覺刺激似乎沒有給蚊子的神經元帶來什麼起伏(實際是有的)。
不過,當通入二氧化碳氣體大約1到2秒左右的時間後,神經元的反應活動呈現劇烈上升的態勢,直到刺激結束,似乎,對於蚊子而言,它對嗅覺刺激的反應要遠高於視覺刺激。
也就是說,晚上我們被蚊子找到,很有可能是因為它們可以循著我們身上散發的「二氧化碳」找到我們,而不是因為它們「看到」了我們。
值得注意的是,在Clement等人設計的實驗中,雙光子顯微鏡鈣成像技術需要嚴格固定蚊子的頭部,而這導致了蚊子的自身感覺機制在某種程度上發生了變化。
並且在第一個實驗中,翼拍分析儀只能測量許多物理引數中的其中幾個,這也很難和自然環境下的蚊子相比較。
不過,關於氣體刺激,也即二氧化碳的實驗是較為準確的,因為實驗環境和自然環境下,蚊子對於氣體的吸收並無太大不同。
Clement等人的實驗其實也能間接說明滅蚊燈為什麼效果不好。
某種滅蚊燈
因為蚊子主要是循著二氧化碳來的,而燈光帶來的視覺刺激可能還遠遠不足以改變蚊子的運動。
尤其是晚上睡覺時,室內沒有什麼光,視覺影響很小,而睡著的人,本身就是個巨大的二氧化碳源,這更吸引蚊子鎖定你。
不過,如果把滅蚊燈改裝為二氧化碳滅蚊燈,可能效果會有顯著地提升。
或者在開著滅蚊燈的時候,人從房間裡出去,在沒有二氧化碳源干擾的情況下,蚊子也是有可能被滅蚊燈的視覺刺激吸引的。
當然了,如果只有普通滅蚊燈,也不想用化學試劑,那麼夜裡睡覺不被咬的最好辦法就是把自己全封起來。。