在北半球相当一部分地区经历了异常温暖的冬天之后,今年春天蚊虫叮咬可能比冻伤还多。较冷的温度通常会杀死或减缓吸血昆虫的繁殖,而自 1980 年代以来,温暖的温度使华盛顿特区的蚊子季节增加了近 10 天。
虽然越来越长的夏季和越来越短且越来越温暖的冬季可能意味着未来会有更多的蚊子,但一些新的研究可能有助于控制这种常见害虫数量的增加。在 3 月 16 日发表在PLOS ONE期刊上的一项研究中,研究人员发现激活蚊子精子的蛋白质很可能会被关闭。这一行动将阻止精子游向卵子并使它们受精。这可能有助于控制一种常见的家养蚊子的数量,这种蚊子已知会传播西尼罗河病毒和称为库蚊的脑肿胀性脑炎。
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这篇新论文详细介绍了昆虫精子中的所有蛋白质,这有助于研究人员找到在精子不活跃时保持精子质量的特定蛋白质,以及激活精子游动的蛋白质。
“在交配过程中,蚊子尾巴相接,雄性蚊子将精子转移到雌性生殖道中。它可以在那里储存一段时间,但它仍然必须从 A 点到达 B 点才能完成受精,”该研究的共同作者、加州大学河滨分校的细胞生物学家 Cathy Thaler 在一份声明中说。
射精过程中分泌的特殊蛋白质会激活鞭毛(又名精子尾巴)并为其运动提供动力,这是完成进入雌性蚊子生殖道旅程的关键。
“没有这些蛋白质,精子就无法穿透卵子。它们将保持不动,最终只会退化,”合著者、加州大学河滨分校生物学教授理查德·卡杜洛 (Richard Cardullo) 在一份声明中说。
为了从一种非常小的昆虫中获得关于蛋白质的非常详细的信息,作者与一组学生合作,他们能够从大量昆虫中分离出多达 200 只雄性蚊子。然后,他们从生殖道中提取了足够的精子,以便质谱设备不仅可以检测蛋白质,还可以识别它们。
在之前的研究中,该团队发现精子在进入生殖道时需要钙来为其向前运动提供动力。“现在我们可以查看我们创建的完整蛋白质图谱,找到钙通道蛋白,并设计针对这些通道的实验,”Cardullo 说。
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根据 Thaler 的说法,与使用可杀死其他昆虫和植物并伤害动物的有害杀虫剂的方法(也称为生物控制)相比,分析蛋白质提供了一种控制蚊子数量的途径,这种方式对环境更友好且毒性更低。
生物控制并不意味着蚊子将作为一个物种被根除。固定精子对于经过处理的蚊子来说是 100% 有效的,但科学家不可能或不希望杀死所有的蚊子。使用这样的方法反而会改变可育男性与不育男性的比例。
2022 年,生物技术公司 Oxitec 的科学家完成了第一项露天研究,在佛罗里达礁岛群释放经过基因改造的蚊子,使其成为雄性、不咬人且只能繁殖雄性后代。他们发现,当改造后的蚊子成熟到成年时,它们的飞行和探索行为与野生蚊子的能力相匹配,并成功地与本地雌性蚊子交配。然后,雌性将卵产在团队收集的陷阱中,以观察它们在实验室中孵化。所有孵化的卵都是雄性。然而,杀死雌性卵子的基因大约持续了三代蚊子。
“蚊子是地球上最致命的动物。但尽管人们讨厌它们,但大多数生态学家会反对彻底根除它们的计划。它们在鱼类和其他动物的食物链中发挥着重要作用,”Cardullo 说。
虽然这项研究只关注库蚊,但该团队希望这些信息适用于 3,000 多种蚊子中的一些。随着地球继续变暖和气候变化加剧,更多种类的蚊子正在进入北半球,包括那些携带疟疾的蚊子。
了解更多关于库蚊精子活力的信息也可能对提高人类的生育能力产生影响。许多细胞都有鞭毛,根据 Cardullo 的说法,我们对一个身体系统的了解可能会转化为其他物种。
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