知識力

美國洛克菲勒大學的科學家發現，蚊子在挑選獵物時，可是很有策略的。對蚊子來說，吸血是獲得能量很重要的方式。吸血機制的進化，能使蚊子在雜亂的感官環境中，提高叮咬成功的機會。

科學家找出影響蚊子鎖定獵物的三個主要因素：二氧化碳、溫度和氣味。利用基因工程技術，破壞蚊子負責感測二氧化碳的基因「Gr3」，培育突變的蚊子，用以和正常蚊子作比較。

結果顯示，在二氧化碳、溫度和氣味單獨刺激下，很難吸引蚊子靠近。如果人呼出的氣體和皮膚的氣味想要吸引蚊子，就必須要有二氧化碳的存在。

在這種合併刺激下，也顯示出二氧化碳對於蚊子尋找獵物的重要性。了解蚊子的吸血機制，更有助於改進化學驅蚊劑的設計。

炎炎夏季拉開序幕的同時，意味著一場腥風血雨的人蚊大戰即將展開。位處亞熱帶的臺灣，其實一年四季都可看見蚊子的蹤跡，但以春夏兩季為繁衍旺季。因為人類和蚊子「過從甚密」，導致許多以蚊子為媒介的傳染性疾病傳播開來，如登革熱（埃及斑蚊、白線斑蚊）、瘧疾（矮小瘧蚊）及日本腦炎（三斑家蚊）等。

那為什麼只有母蚊需要吸血呢？主要是為了獲得養分、刺激卵巢發育，並在交配前讓卵成熟。不過也有部份種類的母蚊不吸血，而是以吸食糖水維生。至於公蚊，由於口器退化，只能用來吸食植物的花蜜與汁液。所以每晚擾人清夢，並在你身上留下印記，一定就是母蚊的傑作了！

吐口氣　你已成為獵物

很多人好奇為何蚊子總是愛叮我？其實蚊子在尋找目標時，會依據每個人身上所發出的因子，決定牠的攻擊目標，包括溫度、溼度，及人體釋放的二氧化碳等。容易出汗的人，因為分泌出的氣味中包含乳酸、胺基酸和胺類化合物，也是蚊子喜歡的吸血對象。除了這些常見的因子，也有研究指出，懷孕的婦女較未懷孕的婦女容易被叮，這可能是因為孕婦體內雌激素量多、體溫較高，呼出的二氧化碳也較多，所以容易成為蚊子的目標。

在眾多因素中，尤以「二氧化碳」被認為是蚊子「獵食」的重要依據。先前的研究發現，位於蚊子頭部的下顎鬚（maxillary palps），是蚊子接收嗅覺和味覺訊息的感覺器官，內含觸角感受器。觸角感受器內有許多嗅覺神經元（olfactory sensory neurons, OSNs），對二氧化碳或辛烯醇（octenol，人體釋放的化學物質）特別敏感。

在這些嗅覺神經上，可找到三種二氧化碳接受器（gustatory receptor），分別為Gr1、Gr2和Gr3。若是藉由分別剔除蚊子的這三個基因，便可看出蚊子失去感測二氧化碳的能力。其中以剔除Gr1和Gr3基因，對蚊子的影響最大。科學家也曾以黑腹果蠅為模式生物做研究，觀察到剔除其中一種二氧化碳感受器的基因（DmelGr63a），會完全改變果蠅對二氧化碳的感知行為。而Gr3和DmelGr63a恰為種間同源基因（ortholog）。

❐ 意想不到的吸引力

美國洛克菲勒大學（Rockefeller University）的研究人員對這個結果非常好奇。若是病媒蚊──埃及斑蚊（Aedes aegypti）喪失感測二氧化碳的能力，那麼牠尋找獵物的行為是否也會就此消失？或是有其他因素可以幫助蚊子找到目標？而當二氧化碳存在時，蚊子追蹤獵物的能力，是否真的會大大地提升呢？

要研究這些問題，他們得先製作出「二氧化碳接受器基因」突變的埃及斑蚊。首先，藉由改變Gr3基因上的特定DNA序列，產生兩種相異的突變等位基因（allele）。一種是被剔除了四個鹼基並黏合，另一種則是剔除三十三個鹼基後，再插入一段螢光蛋白序列（enhanced cyan fluorescent protein, ECFP）。將分別帶有這兩個突變等位基因的母蚊，與正常公蚊交配，產生子代；再將這些子代互相雜交（outcross），就能產生多種Gr3突變的母蚊。那麼，這些突變母蚊和正常母蚊在面對二氧化碳、溫度、乳酸及人類氣味，這幾種因子單獨出現或同時作用時，會有不同的的反應嗎？

實驗結果發現，二氧化碳、溫度或氣味個別因子出現時，很難吸引突變的母蚊。但是在兩兩共同作用之下，卻可以明顯觀察到，正常母蚊以及帶有一個突變等位基因的母蚊都會受到吸引。然而完全喪失Gr3功能的突變蚊，不僅失去感知二氧化碳的能力，對溫度熱源或是氣味的趨向性也同樣受到影響。這個實驗也發現，二氧化碳的存在，能夠加強母蚊對於溫度熱源及氣味的感知能力，更顯示出二氧化碳對母蚊尋找獵物的重要性！

不過，會不會是基因突變影響了母蚊的運動能力，造成母蚊尋找獵物的能力變差呢？研究團隊利用3D攝影拍下了蚊子運動的軌跡，並計算出飛行距離及飛行速率。結果顯示，Gr3的突變只影響突變母蚊感測二氧化碳的能力，並不影響其運動能力。另外，他們還模擬了住家及野外空間，觀察蚊子喜好出沒的環境，發現野生型及突變型母蚊都較傾向待在室內區域，兩者並無顯著差異。但倘若製作兩個不同大小的空間時，則可觀察到，突變型母蚊顯然因為失去感測二氧化碳的能力，在大空間下較難找到目標物。

最後，該研究團隊實際製作了可供蚊子吸血的裝置，利用單一因子及雙重因子的刺激，來觀察突變母蚊是否能順利吸到血。結果如前面所述，雙重因子存在時，可成功誘導突變母蚊順利吸到血；但若只有單一因子，就連正常母蚊也無法順利找到血源。

雖然上述研究中，只觀察埃及斑蚊在失去感測二氧化碳能力時行為上的改變，並未進一步探討，二氧化碳為何會加成蚊子感測其他刺激因子的能力。但是由他們的研究成果可知，一個蛋白質（Gr3基因）失去功能，就能造成蚊子吸血行為上的改變，實為一項重大發現。這樣的研究，似乎可做為未來設計新型蚊子引誘劑的方向，利用不同刺激因子的組合，製作出蚊子陷阱。看來，讓蚊子遠離人類生活圈，並非遙不可及！

作者／梅華軒（目前就讀於陽明大學生命科學系暨基因體科學研究所，喜歡親近大自然，定時收看《動物星球頻道》，希望未來可以到南極考察）、陳俊銘（陽明大學生命科學系暨基因體科學研究所副教授，兼任陽明大學動物中心主任）

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1. Lindsay, S. et al., Effect of pregnancy on exposure to malaria mosquitoes, The Lancet, Vol. 355: 1972, 2000.

2. Bohbot, J.D. et al., Functional Development of the Octenol Response in Aedes aegypti, Front Physiol, Vol. 4: 39, 2013.

3. McMeniman, C.J. et al., Multimodal integration of carbon dioxide and other sensory cues drives mosquito attraction to humans, Cell, Vol. 156: 1060-1071, 2014.