科學家找到蚊子對蘭花難以抗拒的化學原因

技術力量 發佈 2020-01-23T13:40:38+00:00

里弗爾說:「蚊子正在處理一定比例的化學物質,而不僅僅是化學物質的存在與否。這不僅對花朵的辨別力很重要,而且對您和我之間蚊子的識別方式也很重要。人的氣味非常複雜,對於吸引或驅除蚊子來說,重要的是特定化學物質的比例。我們知道有些人的氣味比例和別人不一樣,也許比率的差異解釋了這一原因。


蚊子具有敏銳的嗅覺,可以嗅到很遠的氣味信息。它們依靠這種能力找到可以叮咬的宿主以及重要食物的主要來源:花蜜。

美國華盛頓大學生物學教授傑弗里·里弗爾說:「花蜜是所有蚊子的重要食物來源。對於雄蚊來說,花蜜是它們唯一的食物來源,而雌蚊在生命中的幾乎所有日子都以花蜜為食。」

然而,科學家們對將蚊子吸引到某些花朵或驅離的氣味了解甚少。這些信息可以幫助開發出毒性更小的驅蚊劑,更有效的誘捕器,並了解蚊子大腦對感官信息的反應,包括有時會導致雌性蚊子叮咬人類的原因。

里弗爾的團隊聯合西維吉尼亞大學,維吉尼亞理工大學和加州大學聖地亞哥分校的研究人員,已經發現了導致蚊子對蘭花特別難以抗拒的物種授粉的化學線索。

發表在《美國國家科學院院刊》上的論文中,科學家們認為蘭花會產生一種細微的化合物,從而激發蚊子的嗅覺。這些化學物質中的一些對蚊子的大腦具有吸引力或抑制作用。當以與在蘭花中發現的比例相同的比例組合時,這些化學信息可以像真正的花朵一樣有效地吸引蚊子。里弗爾的研究小組還表示,一種能驅除蚊子的氣味化學物質與DEET(一種常見且有爭議的驅蚊劑)一樣,能在蚊子的大腦區域形成刺激反應。

里弗爾說,他們的研究表明,從花中獲得環境線索能像宿主一樣刺激蚊子的大腦,並且可以將蚊子引向目標或使其向另一個方向飛去。

研究人員用放在蘭花上的袋子收集田間氣味的樣本

鈍葉蘭花生長在北半球涼爽,高緯度地區中。里弗爾的團隊從華盛頓州Okanogan-Wenatchee國家森林的野外觀測站驗證其研究,結果表明當地蚊子對這種蘭花進行了授粉,但沒有在相同棲息地生長的近親蘭花進行授粉。當研究人員用袋子蓋住花朵時(使蚊子看不到花的視覺提示),蚊子仍會落在袋裝的花朵上並試圖穿過袋子。

蘭花的氣味顯然吸引了蚊子。為了弄清原因,科學家們研究了構成這種蘭花氣味的各種化學物質。

里弗爾說:「氣味實際上是化學物質的複雜組合,玫瑰的氣味包含300多種化學物質,蚊子可以檢測構成氣味的各種化學物質。」

鈍葉蘭花的氣味是一種草木或麝香的氣味,而其近親蘭花的氣味更甜。該團隊使用氣相色譜法和質譜法鑑定了梧桐屬植物氣味中的數十種化學物質。與其近親蘭花相比,鈍葉蘭花的氣味中含有大量的稱為壬醛的化合物,而另一種化學成分為丁香醛。

使用氣相色譜法分離組成花朵氣味的各種化學物質,同時記錄蚊子觸鬚的電活動,以查看哪些化學物質刺激了蚊子

研究小組還記錄了蚊子觸鬚中的電活動,以檢測氣味。壬二醛和丁香醛均刺激了鈍葉蘭花棲息地的蚊子觸鬚。但是這些化合物還刺激了其他地區的蚊子,其中包括傳播瘧疾的史蒂芬按蚊和傳播登革熱,黃熱病,寨卡病毒和其他疾病的埃及伊蚊。

蚊子行為的實驗表明,自然中和人工培育的蚊子都喜歡以與鈍葉花中相同的比例混合的壬醛和丁香醛溶液。如果研究人員從配方中去除了丁香醛,蚊子就會失去興趣。如果他們添加更多的丁香醛,蚊子就會對氣味無動於衷或被驅除。

利用該發現,研究人員還直接觀察到伊蚊大腦,在其天線波瓣(蚊子大腦的區域,處理來自天線的信號)中發現了鈣離子(活躍發射神經元的信號)。

將蚊子拴在顯微鏡載物台的下面,以對其天線波瓣進行鈣成像

這些大腦成像實驗表明,壬醛和丁香醛可以刺激蚊子觸鬚的不同部分,甚至在受到刺激時彼此競爭:對壬醛有反應的區域可以抑制對丁香醛有反應的區域的活性,反之亦然。這種「串擾」是否會使花朵吸引或驅除蚊子很可能取決於原始氣味中壬醛和丁香醛的含量。里弗爾說,鈍葉蘭花的化學物質比例吸引了蚊子,而近親蘭花則沒有。

里弗爾說:「蚊子正在處理一定比例的化學物質,而不僅僅是化學物質的存在與否。這不僅對花朵的辨別力很重要,而且對您和我之間蚊子的識別方式也很重要。人的氣味非常複雜,對於吸引或驅除蚊子來說,重要的是特定化學物質的比例。我們知道有些人的氣味比例和別人不一樣,也許比率的差異解釋了這一原因。」

研究小組還發現,丁香醛與DEET刺激相同的觸鬚區域。里弗爾說,該區域可能會處理「抑制性」氣味,儘管需要進一步的研究來驗證這一點。現在還不能斷定丁香醛是否是一種有效的驅蚊劑。但是,如果是這樣,未來可以開發出更好的驅蚊劑。

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