科学家们发现了蚊子大脑如何整合各种感官线索来寻找宿主

对于雌性蚊子来说，寻找下一顿饭就是闻起来和看到。

通过行为实验和女性蚊子大脑的实时记录，由华盛顿大学的研究人员领导的一个科学家团队发现了蚊子大脑如何整合来自其两个感觉系统 - 视觉和嗅觉 - 的信号。识别，跟踪和磨练潜在的主人，为她的下一次血餐。

他们的研究结果于7月18日发表在“当代生物学”杂志上，表明，当蚊子的嗅觉系统检测到某些化学信号时，它们会引发蚊子大脑的变化，引发行为反应：蚊子开始使用她的视觉系统扫描周围的环境对于特定类型的形状并飞向它们，可能将这些形状与潜在的主体相关联。

只有雌性蚊子以血液为食，这些结果为科学家提供了蚊子大脑用来定位宿主的感觉整合过程的急需一瞥。科学家可以利用这些发现来帮助开发新的蚊子控制方法，并减少蚊子传播疾病的传播。

这项研究的重点是触发寻找宿主的嗅觉线索：二氧化碳或二氧化碳。对于蚊子来说，闻到二氧化碳是一个迹象，表明潜在的一餐就在附近。

“我们的呼吸只是装满了二氧化碳，”通用作者，生物学教授杰弗里里弗尔说。“它是一种远程引诱剂，蚊子可以利用它来定位距离可能超过100英尺的潜在宿主。”

这个潜在的宿主可能是一个人或另一个温血动物。Riffell及其合作者之前的研究表明，嗅到二氧化碳可以“诱导”蚊子的视觉系统来寻找宿主。在这项新的研究中，他们测量了二氧化碳如何触发蚊子飞行行为的精确变化，并可视化蚊子大脑如何响应嗅觉和视觉线索的组合。

该小组在一个直径约7英寸的小型圆形舞台上进行的行为试验中收集了大约250只蚊子的数据。一个360度的LED显示屏构成了竞技场，中间的钨丝绳系住了每只蚊子。昆虫下方的光学传感器收集了关于蚊子翅膀的数据，空气入口和真空线将气味流入竞技场，并且LED显示器显示出不同类型的视觉刺激。

该团队测试了拴系的埃及伊蚊对视觉刺激以及富含二氧化碳的空气的反应。他们发现，在竞技场中，含有5%二氧化碳的一秒钟空气 - 恰好高于人类排放的4.5%二氧化碳 - 促使蚊子更快地击败它们的翅膀。像快速移动的星空这样的视觉元素对蚊子的行为几乎没有影响。但如果竞技场显示一个水平移动的栏杆，蚊子会更快地击败它们的翅膀，并试图朝同一方向转向。如果研究人员在展示酒吧之前引入了一股二氧化碳，这种反应就会更加明显。

为了清楚地了解二氧化碳气味如何首先影响飞行行为，他们使用家蝇飞行行为的数学模型分析了他们的数据。

Riffell说：“我们发现二氧化碳会影响蚊子转向不直接飞行的物体的能力。”“当他们闻到二氧化碳时，他们基本上会比没有二氧化碳时更快，更容易地转向视野中的物体。”

研究人员用Riffell和共同作者Omar Akbari(加州大学圣地亚哥分校的助理教授)创建的转基因埃及伊蚊菌株重复了竞技场实验。这些蚊子中的细胞如果含有高水平的钙离子 - 包括中枢神经系统的神经元，当它们正在主动发射时，会发出荧光绿色。在竞技场中，研究人员取出了一小部分蚊子头骨并使用显微镜实时观察大脑各部分的神经元活动。

该团队专注于59个“感兴趣的区域”，这些区域在小叶中显示出特别高水平的钙离子水平，小叶是蚊子大脑视神经的一部分。如果蚊子被显示为水平条，则这些区域的三分之二点亮，表明响应于视觉刺激的神经元放电增加。当研究人员首先引入一股二氧化碳然后显示水平条时，23%的区域具有比以前更高的活动 - 表明二氧化碳气味在控制视力的大脑区域中引起更大幅度的反应。

研究人员尝试了相反的实验 - 看看水平条是否触发了控制气味的蚊子大脑部分的射击增加 - 但没有看到任何反应。

“气味会引发视力，但视力不会引发嗅觉，”Riffell说。

他们的研究结果与蚊子感官的一般情况一致。蚊子嗅觉长距离运行，吸收超过100英尺的气味。但根据Riffell的说法，他们的视力对15到20英尺外的物体最有效。

Riffell表示，“嗅觉对于蚊子来说是一种远程感，而视觉是用于中程跟踪”。“因此，我们看到一种气味 - 在这种情况下是二氧化碳 - 影响蚊子大脑控制视力的部分，而不是相反的情况，这是有道理的。”

将来，Riffell想要测试其他形状是否会影响视神经中的蚊子行为和活动。这些结果可能进一步阐明蚊子宿主狩猎行为的等级性质：首先闻到，然后看。它还可以为蚊子控制提供新的知识。

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