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【南方都市报】白纹伊蚊为何入侵性这么强,实验弄清了它的“渣蚊”本质

时间:2022-06-14 09:30:39  来源:南方都市报   编辑:张淼  作者:  点击:

白纹伊蚊通过占领埃及伊蚊的“卵巢”来取得种群竞争的优势,但两者结合后的后代竟然成了蚊子世界里的“骡”,没有了生育能力。

进入雨水充沛、温度适宜的初夏时光,蚊子又开始扰人清梦、传播疾病。由白纹伊蚊作为主要传播媒介的登革热又进入了输入性病例增多,本土感染风险加大的时节。白纹伊蚊作为原来主要栖息于亚洲的蚊子,目前已经入侵扩散到了世界上除南极洲以外的所有大陆,并且引起了其扩散栖息地的生态失衡(叮咬吸血)和疾病传播(欧洲的意大利等),但白纹伊蚊凭什么能够迅速在世界上入侵扩散?那些原有的优势蚊子又怎么丧失领土,在世界各地相继沉沦的呢?amjs60885金沙-首页(欢迎您)热带医学研究所陈晓光教授通过长期的实验观察,发现了其中的端倪。

原来,白纹伊蚊是通过“鸠占鹊巢”似的占领埃及伊蚊的“卵巢”来取得种群竞争的优势。目前,陈晓光教授的相关研究成果已发表在了世界三大综合学术期刊之一的《美国国家科js55555金沙院刊》(PNAS)的系列刊物PNAS Nexus上。陈晓光教授告诉南都记者,他曾以《偏态的种间杂交有助于白纹伊蚊在地域扩张中取代埃及伊蚊》为主题在三次国内外学术会议上做大会报告,引发广泛关注。

白纹伊蚊VS埃及伊蚊

都不是什么好东西

对于广州这样的曾经出现过登革热较大规模流行的地区而言,大众对白纹伊蚊的认识不可谓不深。白纹伊蚊的滋生受多种因素的制约。白纹伊蚊起源于亚洲,后由起源地扩散至全球70多个国家,东到美国,南到澳大利亚和新西兰,西至非洲、南欧,北抵中国东北。白纹伊蚊的分布区跨越热带、亚热带和温带。

白纹伊蚊既是一种攻击性很强的蚊子,也是一种重要的病毒媒介,它可以传播很多的病原体。白纹伊蚊是登革热的第二大媒介,仅次于埃及伊蚊,实验证明,白纹伊蚊能够传播7种甲病毒(如东马脑炎和罗斯河病毒),8种布尼亚病毒(如克罗斯脑炎病毒和裂谷热病毒)。它还能传播3种黄病毒给人(日本脑炎、西尼罗河和黄热病),更为可怕的是,白纹伊蚊能经卵传播登革病毒和上述3种黄病毒。

埃及伊蚊算是白纹伊蚊的近亲,同样是蚊虫领域的大BOSS级的存在,同样分布很广在非洲、中南美洲、澳洲和东南亚地区都有滋生,在中国广东、广西、西双版纳 和海南等北纬22°以南沿海都发现了其踪迹。

“埃及伊蚊和白纹伊蚊均是许多虫媒病毒例如登革病毒、寨卡病毒等的传播媒介,比较而言埃及伊蚊的媒介能量(传播疾病的能力)比白纹伊蚊强;但埃及伊蚊主要分布在热带地区,而白纹伊蚊则可以分布在热带、亚热带、温带地区,在仅有白纹伊蚊的地区,其就成为主要的传播媒介,比如中国和欧洲的某些国家如意大利等。”陈晓光教授表示道。


蚊子世界的部落战争

白纹伊蚊赢下了第一城

全世界范围内有数百种不同的蚊子,比如伊蚊、库蚊、按蚊等等。如果硬要将白纹伊蚊、埃及伊蚊进行一些族谱上的分析,两者应该是有点沾亲带故,但却分属不同“部落”的蚊子。热带病学专家早就发现了一个规律:那就是不同种的蚊虫,一般不能杂交,即便杂交了,也会导致子代不育,就像母马和公驴杂交产生的骡子不育一样。

但现实情况是,白纹伊蚊在其不到50年的时间内,就从原始栖息地亚洲,迅速扩散到了世界上除了南极洲以外的所有大陆;而埃及伊蚊虽然同样广泛分布,其在300年前就从其原始栖息地非洲扩散到了世界上的热带地区。

两种蚊子的栖息地存在一定的交叉重叠,但热带医学病专家们观察到的有趣现象是,这两个坏家伙并没有在重叠生存地区和平相处,而是展开了种群之间的战争。陈晓光教授告诉南都记者,“我们观察到了一个现象:在原先有埃及伊蚊栖息的地方如美国东南部的佛罗里达州和我国南方的雷州半岛地区,由于白纹伊蚊的入侵而使得前者的数目逐渐下降,甚至完全被后者取而代之。”

白纹伊蚊与埃及伊蚊杂交行为的录像观察

是什么原因让埃及伊蚊在与白纹伊蚊的部落战争中败下阵来呢?科学家们一直有着一个假说:轻易不进行种间杂交的白纹伊蚊和埃及伊蚊之间出现了种间杂交,而且白纹伊蚊雄蚊与埃及伊蚊雌蚊之间的杂交率远远高于埃及伊蚊雄蚊与白纹伊蚊的杂交。

“前面分析过,由于杂交的结果是子代不育,埃及伊蚊的节节败退,会不会是白纹伊蚊通过种间杂交带来的生殖干扰抑制埃及伊蚊的生殖繁衍,让埃及伊蚊的子代都变成了蚊子世界的‘骡子’,而白纹伊蚊自己则凭借其特有的纠错机制和数量优势最后抢得了‘地盘’。”

白纹伊蚊与埃及伊蚊不同组合的杂交实验

多种雄雌组合杂交及再次交配实验


白纹伊蚊中的雄性是“渣蚊”

“抱器”很强大能帮族群攻城略地

为了回答上述问题,验证生物医学领域里已有的种间杂交抢地盘的假说,陈晓光教授团队进行了系列研究。

研究采用实验室品系白纹伊蚊(广州采集,后在实验室饲养超过40年)和埃及伊蚊(海口采集,后在实验室饲养超过20年),以及野外品系--在广东湛江和云南景洪白纹伊蚊和埃及伊蚊共同栖息地区采集的两种蚊虫,在不可选择情况下、可选择情况下、混合情况下、再次交配情况下对两种伊蚊的种间交配及其后果进行了系统深入研究,首次揭示中国地域共同栖息的白纹伊蚊和埃及伊蚊之间存在着偏态的种间交配,白纹伊蚊通过杂交达到生殖干扰埃及伊蚊繁衍的目的,并且阐明此偏态交配的机制是由于雄性白纹伊蚊拥有较雄性埃及伊蚊更长的抱器所致。

陈晓光教授表示,白纹伊蚊和埃及伊蚊具有类似的生态位,即二者的生长栖息环境相似,所以二者的雌雄成蚊可能会“抬头不见低头见”;又因为两种蚊虫的外观大小近似,所以在“择偶婚配”“干柴烈火”时可能会“一见钟情”并“醉入花丛”,发生冲动行为,这可能是这两种伊蚊容易发生种间杂交的生态学和形态学基础。

由于白纹伊蚊拥有长而大的抱器(交配时雄蚊抱持雌蚊的器官),因而可以保证更长的交媾时间,获得更高的交尾成功率和受精率,这一先天优势反映到繁衍后代时,让其更有“渣蚊”“海王”的优势。正是因为强大“抱器”,白纹伊蚊雄蚊能够主导的杂交要高于埃及伊蚊雄蚊的原因所在。

总之,白纹伊蚊雄蚊通过种间杂交占领埃及伊蚊雌蚊的卵巢,使之不育,从而在种群竞争繁衍中取得优势,这是其迅速在世界上入侵扩散、“攻城略地”的机制之一,了解这一行为和机制将为预防控制媒介蚊虫及其传染病带来科学指引。


有趣的实验观察:

“拉郎配”似包办婚姻后

白纹伊蚊纠错机制很强大

陈晓光教授透露,为了保证实验的客观性,团队一共设置了多种不同的场景,进行录像监控。

二者的生长栖息环境相似,所以二者的雌雄成蚊可能会“抬头不见低头见”;又因为两种蚊虫的外观大小近似,所以在“择偶婚配”“干柴烈火”时可能会“一见钟情”并“醉入花丛”,发生浪漫邂逅后的冲动行为,这可能是这两种伊蚊容易发生种间杂交的生态学和形态学基础。

按照实验设计:首先就是“拉郎配”式的杂交实验:设置“白纹伊蚊♂+埃及伊蚊♀”或“埃及伊蚊♂+白纹伊蚊♀”不同的杂交组合,通过检测雌蚊的卵巢是否含有雄蚊的精子,获知其是否交配。该实验结果证明两种伊蚊之间确实存在种间杂交,而且“白纹伊蚊♂+埃及伊蚊♀”组合的杂交发生率远高于“埃及伊蚊♂+白纹伊蚊♀”组合。

其次就是设置“一夫二妻”式的杂交实验:“白纹伊蚊♂+白纹伊蚊♀和埃及伊蚊♀”或“埃及伊蚊♂+埃及伊蚊♀和白纹伊蚊♀”,通过该研究证明雄蚊在杂交发生过程中起主导作用且白纹伊蚊♂的杂交能力远高于埃及伊蚊♂。

第三设置“一妻二夫”的杂交实验:“白纹伊蚊♀+白纹伊蚊♂和埃及伊蚊♂”或“埃及伊蚊♀+埃及伊蚊♂和白纹伊蚊♂”,通过该研究证明雌蚊在杂交发生过程中不起主导作用,两个杂交组的雌蚊受精率没有明显区别。

最后,设置“亡羊补牢”式的再次交配:雌蚊卵巢中具有受精囊,一次交配从雄蚊获得的精子就可以为其终生怀胎所用,所以雌蚊一生往往只需要交配一次。但我们通过将杂交过的白纹伊蚊雌蚊或埃及伊蚊雌蚊与其同种的雄蚊再次同笼发现:雌蚊可以通过与同种雄蚊的二次交配来纠正杂交带来的不育,而且白纹伊蚊雌蚊的再次交配率要远大于埃及伊蚊雌蚊。

白纹伊蚊与埃及伊蚊种间杂交的发生机制:白纹伊蚊与埃及伊蚊的形态大小比较及抱器区别

通过上述实验研究,证明了白纹伊蚊的雄蚊可以通过高发生率的种间杂交来抑制埃及伊蚊雌蚊的生殖繁衍,而且白纹伊蚊的雌蚊可以通过高发生率的再次交配来“亡羊补牢”地纠正“与埃及伊蚊雄蚊错误交配”带来的不育,二者一正一反相结合达到“生殖干扰”、取得种群竞争优势的目的。“了解这一行为和机制,将为预防控制媒介蚊虫及其传染病带来科学指引。”陈晓光教授表示。

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