电镜下解析蚊子精密的吸血“武器”揭示蚊子准确定位的原因

随着一年之中气温最高的“三伏天”来临，“嗡嗡嗡”的蚊子也开始活跃，不管是在室内、室外还是植物繁茂的野外，蚊子总能准确地找到我们暴露的皮肤，并狠狠叮上一口。

蚊子为什么需要吸血？

其实雄性蚊子只以植物汁液为食，雌性蚊子才会需要取食血液以完成生殖营养周期，因为血液中包含的蛋白质等营养物质可以帮助雌蚊排卵。

蚊子如何吸食血液？

蚊子为了吸食血液，进化出了一套高度特化的吸血口器，内含 6 根“针”（不吸血时 6 根“针”由下唇包裹）。6 根针分别是：上唇、舌、一对下颚和一对上颚（如图 1 所示）。

图1 雌蚊头部照片，右侧为口器展开形态，左侧为一对触角

我们将蚊子标本放到飞纳电镜下观察发现，其下唇较为宽厚，表面覆盖大量鳞片（见图2），这也就是我们肉眼观察到的蚊子嘴。但在吸血时，下唇会弯曲留在皮肤外，内部收束的“针”则会进入皮肤（见图3）。

图2：下唇前端 SEM 照片，内部包裹的针在前端翘起


图3：蚊子吸血的照片，下唇弯曲留在皮肤外

我们刚刚说到，这个吸血口器高度特化，6 根“针”分工明确。其中上唇负责吸血，舌负责注射唾液，上颚和下颚负责割开我们坚韧的皮肤，为找寻血管探路开道。因此上下颚都比较坚韧且前端锐利，下颚长有倒钩，在切割组织时还起到固定作用（图4）。

图4：雌蚊下颚 SEM 图片，前端长有倒钩

蚊子是如何准确找到宿主的？

蚊子主要通过宿主释放出的气味、CO₂、湿度等线索发现并选择宿主。气味线索主要依靠嗅觉系统感知，触角是蚊虫最主要的嗅觉器官，其上生有多种感器，能够对外界各种刺激产生反应。

疟疾媒介 - 中华按蚊的触角感器在飞纳电镜下可以看到其触角的整体面貌（图5）以及不同形状的嗅觉感器（图6），此蚊子标本我们观察到有 3 种感器，分别为毛形感器、刺形感器、锥形感器。

图5：雌蚊触角 SEM 图


图6：观察到的 3 种感器：毛形感器、锥形感器、刺形感器

毛形感器：蚊虫触角上数量最多的感器，在追寻宿主和寻找产卵场所等行为有重要作用。

锥形感器：对氨、乳酸和短链羧酸等非常敏感，这些是人类汗液的主要成分，说明锥形感器在追寻宿主行为中有重要作用。如图 7 所示

图7 锥形感器，外形较直，形状如突起钉，表面有凹槽

刺形感器：属于机械感器，具有感知气流运动的功能。雌蚊可以通过触角上的感器，从空气气流中嗅闻出人类的味道，并逆着含有人类味道的气流飞行寻找。

“嗡嗡嗡”的恼人声音来自哪里？

当蚊子终于来到人类附近时，我们总能听到“嗡嗡嗡”的声音，可蚊子并没有发声器官，那这个恼人的声音是怎么来的呢？其实这个声音是由蚊子的翅膀振动引起的，翅膀振动频率很快，每秒约 594 次。

蚊子仅有一对翅膀，是一层薄薄的膜，四周分布着不同形貌的鳞片（图8），原有的后翅退化为平衡棒（图9），帮助飞行时平衡身体。

图8：蚊子翅膀 SEM 图


图9：蚊子平衡棒（退化的后翅）SEM 图

蚊子的眼睛有什么作用？

依靠着触角和翅膀，蚊子能准确找到宿主，但当蚊子遇到天敌或被宿主驱赶时，复眼作为视觉器官起到了重要作用。

蚊子有一对几乎将头部包裹的复眼，每只复眼由上百个六边形的小眼组成，这意味着它可以眼观六路，敏锐察觉到宿主的攻击。如图 10 和图 11 所示
 

图10：蚊子复眼局部 SEM 图 (放大倍数：2,000X)


图11：单个小眼 SEM 图 (放大倍数：8,000X)

蚊子为什么可以立在水上？

当雌蚊吸饱了血液，并成功躲避了宿主追击，它需要在水面进行产卵。蚊子是生物世界里少见的具有水陆“两栖”功能的昆虫。一条腿可以在水面上撑起蚊子体重约 23 倍的重量，蚊子腿的最外层是角质层，具有超疏水性能。

放到飞纳电镜下观察我们发现，蚊子腿上覆盖着大量微小的羽毛状鳞片，每个鳞片上存在纵横交错的格栅状结构，可以容纳许多气体分子，在蚊子接触水面时形成气垫，并且外面满是防水的蜡质和烃类，帮助它在水面浮立产卵（如图 12 所示）。

 
图12 蚊子腿表面的鳞片 (左图，放大倍数：275X) 及鳞片上的格栅状结构 (右图：放大倍数：2,000X)

蚊子为什么可以在天花板上自由行走?

在蚊子不行动的时间里，往往会藏在暗光处休息。为什么蚊子可以在天花板上来去自由呢？我们放到飞纳电镜下观察发现，蚊子脚垫由两个钩子形的爪子和椭圆形的粘附垫构成，这种结构可以帮助它们用各种角度在墙壁、玻璃和天花板上自由行走、长时间粘附停留（如图 13 所示）。

图13：蚊子脚垫 SEM 图

小小的蚊子在扫描电镜下竟然有这么多的特殊结构，万恶的蚊子也有神奇的一面，极其精妙的结构是其在地球上生存了 1 亿多年的基础。这些结构相互配合，让它能够自如的完成：寻找宿主、逆风飞行、吸血、躲避追击、浮立产卵等动作。

参考文献

1. 公蚊子为什么不吸血[J].新疆农垦科技, 2022,45(04):72.
2.刘晓荻.蚊子如何闻到人身上的汗液[J].基础医学与临床, 2019,39(10):1498.DOI:10.16352/j.issn.1001-6325.2019.10.027.
3. 孔祥清,曲艳东,章文姣等.蚊子口针刺入皮肤的刺入力分析[J].科技导报,2013,31(22):60-63.
4. 孔祥清,吴承伟.蚊子腿表面多级微纳结构的超疏水特性[J].科学通报,2010,55(16):1589-1594.
5. 孔祥清. 蚊子浮水与针刺力学行为研究[D].大连理工大学,2010.