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为何我们被蚊子咬时难以发觉,等蚊子飞走了才感觉到痒?

文/王胖子

为什么蚊子咬人的时候,我们很难发觉,总是在蚊子早就飞远之后才能感觉到又痒又红肿?

今天我们就来聊聊蚊子是怎么悄悄吸我们的血,而科学家又是怎么从中汲取灵感搞发明的!

一只库蚊(Culexsp.),看上去,蚊子好像只有一根针,但一解剖,就会发现蚊子的这根针不是看上去那么简单

蚊子的“针”,专业点来讲,也就是蚊子的口器。在显微镜下,我们会发现蚊子的口器,根本不是细细的一根,而是还能再分成6根――这就是蚊子可怕的六针口器!

昆虫的口器有很多种,其形态与昆虫的食性密切相关:比如蝗虫,它具有咀嚼式的口器,可以高效地啃食植物。蚊子的口器则属于刺吸式口器――母蚊子繁殖下一代需要咬人吸血,以获取血液中的一些营养成分来保证腹中卵的发育,所以刺吸式的口器与蚊子的要求相适应,使母蚊子可以方便地刺入皮肉中吸血;公蚊子不需要吸血,它的口器也没有母蚊子那么发达,也就吸一吸花蜜、糖水之类的液体食物。

(实际上,母蚊子也是会喝花蜜、糖水的。)

蚊子的口器包含下唇(labium)、上唇(labrum)、一对上颚(mandibles)与一对下颚(maxillae)以及舌(hypopharynx)这七个部分;

颜色标注的蚊子口器横截面图

首先来看蚊子的下唇,它比较宽阔,在平时像剑鞘一样包裹并保护口器的其他部位,吸血时也并不刺入组织,而是顶在皮肤表面并弓起来,起到支撑作用;同时,下唇也收束着六根针,使其保持聚拢。由于下唇实际上并没有在蚊子吸血时刺入皮肤,因此蚊子的六根针并不包括下唇,而只是口器中的上唇、一对上颚、一对下颚和舌。

一只正在吸血的伊蚊(Aedessp.),蓝圈中弓着的黑色部分就是蚊子的下唇

在蚊子咬人吸血的过程中,这六根针各司其职。

上、下颚主要负责割开我们坚韧的皮肤,为其他针“探路”与“开道”。

它们都比较坚韧且前端锐利,在下颚前端还有着很多锋利的小锯齿。蚊子会通过细微的振动,让上、下颚像锯子一样划开皮肤,深入我们的肌肉组织后于其中游走探路,切开碍事的组织并找到血管,再继续将血管割开。

(雄蚊的上、下颚退化,没有“锯子”的口器不能刺入皮肤,故不能用于吸血。)

显微镜下,几种雌性的库蚊(Culexspp.)的下颚,可见前端锋利的锯齿

一只蚊子正在“探路”中

找到并刺入小血管后,蚊子并不会马上吸血,而是先通过舌中央的唾液管来注射含有多种抗凝血成分的唾液,使血液能被顺畅吸入。这些抗凝血成分,正是我们被蚊子咬了之后会又肿又痒的原因!这些抗凝血成分会被人体视作外来的抗原,在蚊子叮咬的部位,发起一场免疫大战。

这场免疫大战,会让蚊子叮咬的地方发生局部的炎症反应。在炎症反应中,会有多种活性物质产生与释放,其中非常重要的一种就是组胺。组胺能使组织血管舒张并且通透性增加,使血液中的免疫细胞得以穿过血管壁,到达局部组织进行作战,对抗并消除外来的抗原;但组胺产生的这些生理作用也会导致血液中的水分较多地渗入炎症部位,因此我们的炎症部位就会出现水肿――也就是说,让我们长出大肿包的其实不是蚊子,而是我们积极干活的免疫系统!

组胺,具有强烈的舒张血管与增大血管通透性的作用,是炎症反应中的重要物质

保证了血液的持续流通,蚊子就可以用它的上唇“吨吨吨”了。现在我们知道了,蚊子的吐唾液和吸血,其实是分别通过舌与上唇这两根不同的“针”来完成的。

二战时期美军的宣传画,告诫士兵穿好衣服防蚊叮咬,以防按蚊传播的疟疾

蚊子吸血的过程,可谓是步步为营、操作精密。正因为这些与人类血液紧密接触的吸血过程,让蚊子成为了非常重要的疾病传播媒介之一,比如按蚊(Anophelesspp.)是疟疾的传播媒介,伊蚊(Aedesspp.)可以传播黄热病、登革热等热带常见疾病。在热带地区,蚊媒疾病是公共卫生系统面临的一大挑战。

这四张图展示了黄热病的病程;黄热病主要肆虐于非洲和南美洲的热带地区,由伊蚊传播

蚊子虽然非常讨厌并且有害,但它这囊括了六根针的口器倒也有其仿生学价值。相信各位读者中没有几个人会喜欢打针,虽然打针可以治病,但痛感着实令人不悦;蚊子把六根针插入皮肉却令人毫无感觉,这其中或许就有可以借鉴的地方。

研究发现,蚊子在将口器刺入皮肤时,其锯齿状下颚的振动起着重要作用,以达到省力以及无痛刺入。日本关西大学的研究者们因此有了灵感,发明了一种注射时痛感非常轻微的注射针。这种注射针模拟了仅数十微米的蚊子下颚和上唇,并让拥有锯齿的模拟下颚结构能在压电材料驱动下以每秒钟3次的频率振动,以模仿蚊子刺破皮肤时的振动刺入过程。美国俄亥俄州立大学的研究者们也根据蚊子的口器特性而发明了另一种无痛针头,它同样也具有模拟蚊子可振动的下颚的结构。

俄亥俄州立大学发明的无痛针头的结构设计及工作方式;针套就像口器中的下唇,麻醉剂注射针就像舌,微针就像下颚与上唇的组合体

当然,蚊子终究是蚊子,当它用它的六根针咬我的时候,我选择……拍死!