蚊子隔著一百米也能找到你!科學家搭建世界最大「氣味競技場」,揭秘吸引蚊子的關鍵原因

炎炎夏日來得猝不及防,嗡嗡的蚊子已經開啟了嗜血之旅。可為什麼有些人總是被叮咬得滿身紅腫,而總有一些人卻能夠輕鬆躲過蚊子的騷擾?

在撒哈拉以南的非洲,甘比亞按蚊(Anopheles gambiae)是傳播瘧疾的主要媒介生物,每年造成的死亡人數高達 60 多萬。它們喜歡在人類熟睡的深夜或清晨出發尋找合適的宿主作為「獵物」。目前,大多數關於蚊子偏好的研究都是在密閉的實驗室環境中進行的,但這可能並不完全代表蚊子在野外的經歷——蚊子是如何在百米以外的地方找到我們的呢?

為了測試蚊子如何在更大且更現實的空間尺度上定位和選擇人類宿主,約翰霍普金斯大學彭博公共衛生學院的研究人員建造了一個溜冰場大小(面積約為 1000m3)的戶外測試場。研究人員發現,人體氣味對於蚊子長距離尋找宿主的行為至關重要,並且確定了特定的空氣傳播體味成分,這可能解釋了為什麼有些人比其他人對蚊子更有吸引力

該研究以Human scent guides mosquito thermotaxis and hostselection under naturalistic conditions為題,發表在 2023 年 5 月 19 日的Current Biology雜誌。

圖 1 論文截圖(來源:[1])

圖 1 論文截圖(來源:[1])

研究內容

搭建世界上最大的「氣味競技場」試驗

既往研究顯示,人類對蚊子的吸引力受不同因素影響,其中人體呼出的二氧化碳或皮膚分泌的揮發性有機化合物或為主要影響因素,但以往大多數研究都是在封閉的實驗室環境中進行的,並不能代表蚊子在野外的真實體驗。

為了研究蚊子在自然的環境下的宿主狩獵策略,約翰·霍普金斯大學彭博公共衛生學院瘧疾研究所和馬查研究信託基金的研究人員在非洲的尚比亞搭建了一個面積約為 1000m3的戶外競技場,開展了這項大規模氣味導向趨熱試驗(odor-guided thermotaxis assay, OGTA)。

該研究共納入 8 位志願者,研究人員讓志願者們睡在位於測試場邊界兩側的八個帳篷內,通過管道輸送將帳篷裡含有體味和二氧化碳的空氣送到競技場內的著陸區域,這些區域被加熱到 35℃,接近人類的平均體溫。

研究人員設置了 8 個 OGTA 平臺,在競技場的中心以八角形配置排列,每天晚上(22:00-4:00),研究人員將 200 只飢餓的蚊子釋放到測試場,使用紅外運動攝像機監測它們的活動,觀察 200 只飢餓的蚊子選擇了哪些著陸平臺

圖 2 氣味競技場搭建(來源:[1])

圖 2 氣味競技場搭建(來源:[1])

首先,研究小組比較了熱量、二氧化碳和人體氣味在吸引蚊子方面的相對重要性。他們發現,蚊子不會被加熱的著陸墊吸引,除非是在和二氧化碳的協同作用下,但人體氣味比單獨的二氧化碳更具有吸引力

圖 3 甘比亞按蚊對二氧化碳目標的趨向性(來源:[1])

皮膚分泌的羧酸類物質含量越高,越吸引蚊子

接下來,研究小組測試了蚊子的選擇性。為了做到這一點,他們讓 6 個人連續 6 個晚上睡在圍繞場館的單人帳篷裡,他們用改造過的空調管道把每個帳篷裡的空氣——裡面有睡覺的人的氣味——輸送到加熱的著陸墊上。

除了記錄蚊子的喜好,研究人員還從帳篷中收集了夜間空氣樣本,以表徵和比較人體氣味的空氣傳播成分。通過熱解吸氣相色譜/質譜分析對樣本進行分析,共鑑定出了 36 種人類氣味相關的化合物,包括醛類、酮類、醇類、羧酸和碳氫化合物等。

經過多天的比較,研究發現,每個人對蚊子的吸引力大不相同。具體而言,與所有其他受試者相比,受蚊子青睞的人類表現出顯著更高的羧酸、丁酸、異丁酸和異戊酸的丰度,以及皮膚微生物產生的乙醯丙酮的丰度,其中以羧酸的丰度最為突出。相反,在不受蚊子喜歡的人類所散發出的氣味中,這 15 種揮發性有機物的丰度明顯較低,排放的羧酸較少,但富含單萜類桉油醇(高出其他個體 3 倍)

圖 4 六位志願者的氣味特徵(來源:[1])

綜上,該研究發現二氧化碳和人類氣味的多種成分引導了甘比亞按蚊的趨熱性,且甘比亞按蚊對特定人群表現出的嗅覺偏好與人體一種名叫羧酸的化合物有關。相比之下,最不吸引蚊子的人排放的羧酸較少,但桉油醇的含量較高

「這是世界上評估蚊子嗅覺偏好的最大系統,」這項研究的第一作者之一Diego Giraldo說到,「對蚊子來說,這是一個非常繁忙的感覺環境。」研究人員驚訝於蚊子能在巨大的場所內有效地定位和選擇潛在的人類目標,並認為該研究結果或許可以幫助科學家設計新的驅蟲劑,保護人們免受蚊子傳播相關致命疾病的侵害。

參考資料:

[1] Giraldo D, Rankin-Turner S, Corver A, et al. Human scent guides mosquito thermotaxis and host selection under naturalistic conditions. Curr Biol. 2023 May 10:S0960-9822(23)00532-8. doi: 10.1016/j.cub.2023.04.050. Epub ahead of print. PMID: 37209680.

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