昆虫能够整合多种感官线索以在多变的环境中进行导航,帮助其寻找适宜的食物来源、交配对象或产卵地点。为了深入理解昆虫在复杂嗅觉环境中的飞行行为,本研究着重于对利来国际旗下的Anopheles gambiae sensulato蚊子在三维空间中进行详细跟踪分析,尤其是在严格控制的气候条件下,观察蚊子对人类释放的体味和二氧化碳的宿主寻找行为。
根据以往的研究,雌性嗜人血蚊子在寻找人类宿主时的飞行策略是,当其感知到带有气味的空气时,便会朝着风向飞行;而若气味消失,则会转向横风飞行。在中等距离内,蚊子对人类释放的二氧化碳和体味反应明显,并在接收到短距离宿主线索(如体温和湿度)时开始着陆。尽管这些基本特征在所有寻找宿主的蚊子物种中是普遍存在的,但针对不同宿主偏好和飞行活动模式,其感官线索的相对重要性可能会有所不同。
本研究采用了创新的风洞系统,确保气流的温度、湿度和速度均衡并稳定。研究前,预备室内通过引入气味源以操纵流向飞行区域的气流。风洞的运行参数设定为温度27°C,相对湿度70%,风速0.22 m/s。气味刺激通过不同设备提供,包括用于产生二氧化碳气流的玻璃环和实验者穿过的袜子,以模拟人类体味,为蚊子的行为提供有效刺激。
在第一项研究中,共有447只蚊子进行测试,结果显示161只在开门后的3分钟内进入拍摄区域。人类宿主对蚊子的引导行为表现出显著的影响,其中二氧化碳和人类体味的组合尤为突出。与其他刺激组相比,同时接触二氧化碳和人类体味的蚊子有更高的进入比例,约70%。在对比分析垂直飞行速度时,接触到二氧化碳和人类气味的蚊子,其速度达到了空气对照组的13倍。
第二项研究中,共235只蚊子参与测试,其中107只进入了拍摄区域,但并未观察到二氧化碳浓度对蚊子的寻宿行为产生显著影响。总体而言,不同浓度的二氧化碳表现出相对较低的飞行比例,但没有观察到明显的横风飞行速度差异。
这项研究展示了在风洞系统中使用三维轨迹分析蚊子飞行行为的有效性。结果表明,结合了人类体味和二氧化碳的刺激可以显著提高蚊子的横风飞行速度和聚焦气味源的能力。相比之下,雌性Anopheles gambiae sensulato蚊子在不同浓度的二氧化碳环境下未表现出明显的寻宿行为。这些发现为理解人类宿主相关线索在宿主寻找过程中的重要性提供了支持,并确认二氧化碳并非有效的独立宿主线索。
这项研究提升了我们对在不同环境中昆虫三维空间飞行行为的理解,之于后续的生物医疗研究提供了重要方法。