图一：交配中的蚊子（来源：pixabay）
2020年，世界卫生组织（WHO）估计，世界上将近一半的人口面临疟疾风险，而约有627，000人死于这种疾病。
虽然疟疾疫苗可能马上就会问世（世界卫生组织去年为儿童推荐了一种），但疟疾只是蚊子传播的数种疾病之一。随着气候变化所导致蚊子种群的增长，与蚊子相关的感染总数必会上升。因此，为了减小疟疾和其他蚊媒疾病的负担，我们需要继续开发有效的工具来控制蚊子种群。
一个主要阻断目标是它们在半空中的交配。蚊子的交配仪式包括雄性通过检测雌性微弱的飞行音调来识别和追逐飞行的雌蚊。如果雄性不能正确地听到雌性的声音，那么这场追逐就会失败，它们就不能交配。蚊子的繁殖主要依赖于它们的听觉。
图二：按蚊（来源：pixabay）
我们研究了传播疟疾的蚊子（冈比亚按蚊种）的行为，以更多地了解雄性如何通过聆听雌性的声音来确保配对成功。我们的研究结果最近发表在Science Advances杂志上。
首先要了解一点背景知识。目前我们对蚊子独特的听觉机制所知甚少。由于飞行产生的声音其频率过高，无论雌雄它们的耳朵对彼此的飞行声音都接近失聪。为了听到彼此的声音，它们借用了物理学的技巧。
当雄性和雌性飞行音调在蚊子耳朵中叠加时，它们会产生较低频率的"幻影音调"，因此可以听见，称为失真产物。失真产物仅存在于蚊子耳朵内，在蚊子耳朵外无法被听到或记录。因此，雄性蚊子只有在飞行时才能听到雌性飞行的声音。而它自己的飞行音调则需要在特定的频率范围内，才能与指定的雌性产生可听见的失真产物。
我们听着蚊子的飞行音调
我们在装有高灵敏度麦克风的孵化器中记录了蚊子的飞行音调（或"翅振音"）。我们的实验包括在单独的孵化器中观察100只雄性和100只雌性，单个蚊子（一只雄性或一只雌性，分开），以及一个混合孵化器，每种性别有50只蚊子。
在孵化器中，我们尝试通过光照，以及控制温度和湿度来模拟其自然环境的条件。我们能够测量蚊子在几天内和一天中不同时间拍打翅膀的频率。我们发现雄蚊而非雌蚊，每天都在改变它们的飞行音调。通过比雌性快1.5倍的翅膀，雄性优化了它们在拥挤的群体中检测单个雌性的能力。
十多年前，科学家提出并将雄性和雌性之间的声学相互作用描述为"谐波收敛"。虽然他们确定了相同的让异性蚊子之间听到声音的翅膀拍动比例（相当于雄性拍打1.5次翅膀与雌性拍打1次翅膀），但我们发现这是自然发生的，实际上不需要两性之间的任何互动。
图三：黄昏的蚊子群（来源：pixabay）
这是有道理的，因为在冈比亚按蚊中，雄性主要在黄昏时刻飞行，当它们形成交配群时，通常是1000只或更多的蚊子。这些群体偶尔会被一些未交配的雌性访问。可以想象，找到一个交配伴侣并非易事。
雄性在黄昏时翅膀拍动频率的增加改变了失真产物的频率，与一天中其他时间产生的失真产物相比，雄性更容易听到黄昏时的失真产物。因此，通过调整它们在群体中的翅振音，它们能够更好地听到雌性的声音，并增加找到雌性并与之交配的机会。雄性的飞行音调调整部分是由它们的生物钟驱动的。对于雄性来说，更快地拍打翅膀可能是非常耗能的，因此它们将这种行为限制在蜂拥而至的时间。
我们的发现意味着什么？
在实验室外复制类似的实验非常重要，特别是在自然栖息地的蚊子群中。我们已经在坦桑尼亚开始研究这个问题。尽管如此，这些发现为研究听觉的进化生态学，蚊子独特的听觉系统以及更广泛的蚊子行为开辟了新的途径。
这些发现还可以为蚊子控制工作做出贡献。作为病媒控制计划的一部分，突变的雄性将被释放到野外，以摧毁当地的蚊子种群。突变的雄性蚊子经过基因改造 ，因此当它们与雌配时，后代无法生存并且会死亡。
在这种情况下，交配效率在很大程度上取决于被释放的雄性听到当地的雌性的能力。我们的研究结果表明，为了创建一个成功的计划，在释放突变蚊子之前，评估雄性和雌性的飞行音调分布以及雄性听力范围可能很重要。
这将通过确保突变体的交配效率是最佳的来强化任何干预效果——从根本上来说这可以确保它们可以与当地的雄性蚊子竞争，从而识别并与当地的雌蚊交配。
撰文：Joerg T Albert, 伦敦大学学院感官生物学和生物物理学教授；Alex Alampounti, 伦敦大学学院生物物理学研究员；Marcos Georgiades, 伦敦大学学院神经生物学和生物物理学在读博士。
翻译：唐小凯
审校：郭晓
引进来源：科学美国人
本文来自：中国数字科技馆
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