遠古時期的公蚊子也會吸血

人人喊打的吸血蚊子,已經在地球上至少存活了1億多年。已有研究顯示,雄性蚊子並不吸血,只有交配完成的雌性蚊子因為卵巢和受精卵的發育才吸血。

12月5日,一篇發表于《當代生物學》的封面文章推翻了上述結論。

在距今約1.3億年的早白堊世黎巴嫩琥珀中,論文作者、中國科學院南京地質古生物研究所(以下簡稱南京古生物所)研究員丹尼·阿扎發現了兩枚最古老的蚊子化石,並利用科學儀器證明在蚊科演化的早期階段,雄性蚊子也吸血,進而揭示昆蟲的早期吸血行為比想象的更為複雜。

蚊子如何吸血

鼠、蚊、蠅、蟑是生活中常見的4種病媒生物,俗稱「四害」。蚊子因吸食人類或動物的血液並傳播疾病而被列入其中,又被稱為吸血昆蟲。

蚊子為什麼總能在皮膚表面穩、準、狠地吃個飽呢?這是因為蚊子有尖利的「嘴」,又稱口器。藉助顯微鏡,研究人員發現,蚊子的口器其實只是保護性的外套,真正的利器是「保護套」里包裹著的6根比頭髮絲還細的針狀物——1根食管(上脣)、1根唾液管(舌)、2根刺針(上顎),還有2根鋸齒刀(下顎)。

顯微鏡下的觀察研究顯示,蚊子的口器刺入表皮時用的是一種互相配合的動態衝擊姿勢,兩根「上顎」先刺破錶皮,帶有鋒利微型鋸齒的兩根「下顎」緊跟著「鋸」開皮膚。當「上顎」與「下顎」互相配合深入到表皮下血管豐富的區域時,緊接著登場的「上脣」立即捲曲成一個吸管將血液吸入體內。同時,「舌」將分泌的含有抗凝血作用的唾液注入人體,便于更快地吮吸血液。

研究還發現,蚊子唾液分泌的物質會引起被叮咬者過敏,表現為皮膚起包併發癢。如果蚊子體內攜帶某種病原體,其也會隨著唾液進入人體,使蚊子成為傳播疾病的「幫凶」。

如今,並不是所有蚊子都可以行雲流水般地完成這套「流程」。雄性蚊子因為口器短小,並不能吸血為食,只有雌性蚊子可以做到。那麼,進化中到底發生了什麼,讓雌性蚊子和雄性蚊子出現這般分化?

提前近3000萬年

「吸血行為的演化過程一直很難研究,部分原因是相關的昆蟲化石記錄空白。」丹尼·阿扎介紹,現今的蚊科有超過3000種不同類型的蚊子,但人類對其起源和早期演化的瞭解極為有限。

丹尼·阿扎領銜完成的這項研究的主角是兩枚采自黎巴嫩且保存了蚊子的琥珀化石。論文作者、南京古生物所研究員黃迪穎告訴《中國科學報》:「這兩枚化石發現了很長時間,丹尼·阿扎最初並沒有辨認出其中是什麼。」

去年,在黎巴嫩大學任教授的丹尼·阿扎重新觀察這兩枚琥珀,發現了有趣之處,但進一步識別關鍵構造,仍需要藉助先進的儀器來實現。

今年2月,丹尼·阿扎正式加入南京古生物所。他利用南京古生物所的雷射共聚焦顯微鏡、熒光顯微鏡等科學儀器,對兩枚琥珀化石進行了超微結構觀察,併發現這兩隻蚊子是雄性蚊子,均保存了特有的刺吸式口器,包括呈三角形邊緣具有小齒的下顎及延長的具有小齒構造的內顎葉等。

這與現今具有刺吸式口器用於吸血的雌性蚊子很相似。而如今雄性蚊子的口器大多退化,使其只能吸食花露為食。根據這兩枚琥珀里蚊子的刺吸式口器,研究人員推測在1.3億年前,雄性蚊子也是吸血為食。

談及為何雄性蚊子後來無法吸血,丹尼·阿扎表示,在白堊紀早期,蚊子都是吸血的。但吸血是危險的行為,所以在被子植物大量出現後,很多雄性蚊子改為吸食富含高能量的花露。

此前,雖然分子生物學證據暗示蚊科起源於更古老的侏羅紀,但蚊科最早的化石記錄來自於約1億年前的白堊紀中期。丹尼·阿扎介紹:「我們發現琥珀化石中的兩隻雄性蚊子距今約1.3億年,將蚊子的化石記錄提前了近3000萬年。」

今年8月,丹尼·阿扎等人將論文投出,10月論文被接收。「投稿很順利,異議比較少,因為我們的研究非常紮實,成果也很重要。」黃迪穎說。

來中國做研究

「我們已經認識20年了。」黃迪穎告訴記者,當年,丹尼·阿扎在法國國家自然歷史博物館從事博士後研究工作,自己則在法國里昂第一大學讀博,兩人因合作而相識。

2018年,時任國際古昆蟲學會主席的丹尼·阿扎委託黃迪穎創辦國際古昆蟲學會官方刊物《古昆蟲學》,後來他們擔任共同主編。

丹尼·阿扎專注於琥珀生物群研究已有20餘年,目前已命名和建立新物種260餘種、新屬170個、新科22個,是國際上發表新物種數最多的古昆蟲學者之一。

這些研究成果也跟黎巴嫩是重要的琥珀產地有很大關係。丹尼·阿扎先後尋訪了近500處黎巴嫩琥珀產地,並在早白堊世黎巴嫩琥珀中發現目前已知最古老的社會性昆蟲、最古老的蜱蟲寄生行為、昆蟲擬態行為和岡瓦納大陸最早的鳥化石證據。

儘管黎巴嫩琥珀資源豐富,但近年來動盪的局勢對丹尼·阿扎的科研工作造成了嚴重影響。他曾多次訪問中國,並與南京古生物所研究團隊開展野外考察和學術交流。這也讓丹尼·阿扎下定決心來中國做科研。

「中國正將先進科技應用到古生物研究領域,這讓人感到振奮。」丹尼·阿扎表示,「我希望未來廣泛開展聯合科考,『偵破』更多疑難案件。」

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https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.10.047