蚊子最怕什么声音播放一段MP3(克制蚊子的超声波频率)

在上期蚊子的科普中,我们曾提到过一种新型的蚊子防治手段——用音乐让蚊子失去食欲。

根据科学家们的研究,在播放来自美国著名电子乐音乐人 Skrillex 的白金金曲《恐怖怪物与美丽精灵》之后,雌蚊子平均需要 3 分钟才能叮咬成功,不仅如此,在播放音乐过后,雌蚊叮咬的次数也会发生显著的下降。

不过,这段音乐对于蚊子的影响可不仅限于食欲,在它的“骚扰”之下,雌蚊与盒子里的雄性交配的次数也变少了。

请听蚊子“断子绝孙”曲↓↓↓

Scary Monsters And Nice Sprites-Radar Detector.mp37:02

来自中科院中国科普博览

这又是为什么呢?

蚊子的“耳朵”在哪里?

显然,蚊子对歌曲的反应表明它们也可以听到声音。不过,蚊子的“耳朵”和咱们人类的可不太一样,蚊子的听觉器官是它们头部那两根长长的鞭毛,大家仔细观察还会发现这两根鞭毛上还长有许多细细的绒毛,这些细毛增大了鞭毛的表面积,提高了蚊子收集声波的效率。

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蚊子的鞭毛 图片来源:blogs.biomedcentral.com

鞭毛的作用可不仅仅是接收声波,具体而言,蚊子的鞭毛分为三节:鞭节、梗节和柄节鞭节就是大家最直观看到的毛茸茸的部分,用于感受空气的振动梗节是中间那个的圆球形节段,也叫做江氏器(Johnston’s Organ),可以将振动转为电信号柄节则起到将鞭毛和蚊子的躯干连接起来的作用。

当鞭节感受到振动时,其根部会将振动传导到与其相连的江氏器里的基盘,基盘周围有着大量的感音管,感音管中的神经细胞的触觉感受器在接收到振动后,会发出神经脉冲,从而让蚊子“听到”声音。

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蚊子鞭毛的结构 图片来源:参考文献2

需要注意的是,蚊子的鞭毛实际上感受的是空气分子的位移,也就是声源附近的空气流动,但这种空气分子的净位移随距离的衰减很快,所以蚊子只能“听到”距离自己很近的声音。正因如此,蚊子的鞭毛也可以感受到风,当我们一巴掌过去的时候,感受到掌风的蚊子已经察觉到危险,“嗡嗡嗡”地逃开了。

你说,这狡诈的蚊子,气不气人!

“听”到爱的旋律

蚊子的听觉有助于其感知环境、规避危险,但听觉的作用可不仅限此。2009年,一项发表在期刊《科学》上的研究表明,声音信号在蚊子交配过程中起着重要作用。

科学家们发现,埃及伊蚊在交配时,会存在一种“谐波趋同”的现象:雌蚊飞行时的嗡嗡声作为一种交配信号,会吸引周围的雄性,但雄蚊并不是被动地感受这种信号,而是会调整自己振动翅膀的频率与雌蚊的频率进行匹配。

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埃及伊蚊交配过程中的谐波趋同 图片来源:参考文献3

不过,对于雄蚊而言,找到一个交配对象并不容易,找到交配对象并成功交配的成功率更是低得要让人同情。在埃及伊蚊中,雄蚊和雌蚊的交配大体可以分为6个步骤。首先雄蚊和雌蚊在相遇后,雄蚊会试图去接触雌蚊,并在空中进行追逐,雄蚊试图抓住雌蚊进行交配,这时雌蚊会使出自己的“佛山无影脚”踢开雄蚊。如果雌蚊不再驱逐雄蚊,雄蚊会立刻爬到雌蚊面前,抓住雌蚊进行交配。

根据科学家们的估计,能经过以上6个步骤成功进阶为“宝爸”的雄蚊不过14.5%,真是十里挑一的“黑蚊王子”啊。

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埃及伊蚊交配的行为步骤,及每个步骤失败的概率 图片来源:参考文献4

尽管声音信号在蚊子交配过程中的作用尚未完全明晰,但科学家们推测,雌蚊在选择配偶时,会根据雄性扇动翅膀的频率是否与自己匹配来判断雄性是否适合自己。有趣的是,雌蚊一旦交配过后,对雄性扇动翅膀的频率的反应就小得多,也不怎么会去匹配雄性的频率,这意味着初次交配会降低后续交配的可能性。

至于为什么存在“谐波趋同”现象,有研究认为,蚊子对于高频振动其实充耳不闻,只有当雄蚊和雌蚊扇动翅膀的频率匹配时,才会产生可以被“听到”的低频声音。

研究表明,雄蚊想要与雌蚊匹配上,收听到彼此的爱的讯号,需要付出很大的努力,雌蚊每拍动1次翅膀,雄蚊需要拍动1.5次才可以进行匹配,以到达谐波趋同。

那么问题来了,雄蚊老是这样高速运动,身体肯定吃不消,于是雄蚊形成了一种生物节律:在黄昏时比一天其他时候更快地拍打翅膀。在自然情况下,日落前后的时段本就是蚊子们“谈情说爱”的好时机,雄蚊在这时努力表现自己,也就不难理解了。

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黄昏时,蚊群蜂拥而至,是交配的时节啊~ 图片来源:theconversation.com

“走调”的求爱曲

当了解了声音信号在蚊子交配过程中的重要作用后,科学家们发现格莱美金曲可以影响蚊子交配次数的现象便有了一个合理的解释。

这种频率不断升高、加强的曲子很显然影响了雌蚊和雄蚊之间的沟通交流,当双方对对方充耳不闻,即便当面飞行也擦不出爱的火花。这就好比,恋人正要在你耳边低语,倾诉感情,结果楼下传来的神曲破坏了所有的氛围…

但对于蚊子而言,最可怕的事情并不是一曲洗脑神曲噪音扰蚊,而是恋爱的一方唱歌“走调”,双方怎么也没办法“谐波趋同”,最后只能落下个“鸡同鸭讲”。

为了对抗蚊子,人们想出了各种各样的办法,诸如蚊帐、纱窗、杀虫剂、驱蚊水,科学家们甚至还出动了基因工程手段让蚊子不孕不育,当他们破坏了冈比亚按蚊体内的性别分化基因dsxF后,雌性冈比亚按蚊(dsxF -/-)会具有双性表型,并且不孕不育。

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进行了基因编辑的冈比亚按蚊 图片来源:参考文献5

这些雌蚊除了不孕不育之外,还拥有雄蚊的器官,甚至还无法发出正常的求爱旋律,丧失了对正常雄蚊的吸引力。研究者们记录了不同基因型雌蚊飞行时的振动频率,发现正常雌蚊为389Hz,杂合的雌蚊为432Hz,而纯合的、dsxF基因被完全破坏的雌蚊为497Hz。

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dsxF基因被完全破坏后,雌蚊发出的高频声音对雄蚊失去了吸引力 图片来源:参考文献6

大家可以按照前文那个1:1.5的比例换算一下,交配时,雄蚊飞行时翅膀的振动频率是不是大概就是正常雌蚊的1.5倍,在这样的频率下,雄蚊和雌蚊才可以琴瑟和鸣。那些具有两性特征的纯合雌蚊扇动翅膀的频率接近500Hz!这在雄蚊眼中,估计是哪个同样来求偶的同伴吧?当然就没有了两性的吸引力。

不过谁又能想到,让我们反感的嗡嗡声,对于蚊子来说,竟然这么重要呢?

参考文献:

[1] Avitabile, D., Homer, M., Champneys, A. R., Jackson, J. C., & Robert, D. (2010). Mathematical modelling of the active hearing process in mosquitoes. Journal of the Royal Society Interface, 7(42), 105-122.

[2] Dieng, H., The, C. C., Satho, T., Miake, F., Wydiamala, E., Kassim, N. F. A., … & Morales, N. P. (2019). The electronic song “Scary Monsters and Nice Sprites” reduces host attack and mating success in the dengue vector Aedes aegypti. Acta tropica, 194, 93-99.

[3] Cator, L. J., Arthur, B. J., Harrington, L. C., & Hoy, R. R. (2009). Harmonic convergence in the love songs of the dengue vector mosquito. Science, 323(5917), 1077-1079.

[4] Aldersley, A., & Cator, L. J. (2019). Female resistance and harmonic convergence influence male mating success in Aedes aegypti. Scientific reports, 9(1), 1-12.

[5] Kyrou, K., Hammond, A. M., Galizi, R., Kranjc, N., Burt, A., Beaghton, A. K., … & Crisanti, A. (2018). A CRISPR–Cas9 gene drive targeting doublesex causes complete population suppression in caged Anopheles gambiae mosquitoes. Nature biotechnology, 36(11), 1062-1066.

[6] Su, M. P., Georgiades, M., Bagi, J., Kyrou, K., Crisanti, A., & Albert, J. T. (2020). Assessing the acoustic behaviour of Anopheles gambiae (sl) dsxF mutants: implications for vector control. Parasites & vectors, 13(1), 1-9.

作者:EVEE(北京大学生命科学学院)

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