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當(dāng)你還在用電蚊拍時,科學(xué)家們已經(jīng)開始這樣滅蚊了

2020-08-28 17:43 作者:biokiwi  | 我要投稿

盛夏將去,但是蚊子似乎還是充滿了活力。

即使你使出了渾身解數(shù),不管是拿起電蚊拍探尋了每個角落,或者是點上一張又一張的蚊香,最后拍掌拍得手掌發(fā)麻,蚊子卻總是絡(luò)繹不絕殺之不絕。

你總是打不到的蚊子(圖源:《日?!罚?/figcaption>

其實科學(xué)家也為這個問題困擾了很久。

原因在于蚊子是出了名的“壞人”,不光是吸血了,還總是帶點“同伙”過來,這些“同伙”給人的打擊可就不止是吸血那么簡單了。

比如南方人熟悉的,每年夏天都要預(yù)防的登革熱,就是蚊子帶來的登革熱病毒造成的;又或是非洲人民飽受的瘧疾,也是蚊子帶來的寄生蟲感染的疾病。

(圖源:unsplash)

說到瘧疾,又忍不住再給蚊子和瘧疾多講一點。

據(jù)說征服了希臘和波斯的亞歷山大大帝,他在遠(yuǎn)征印度的時候,由于瘧疾的肆虐不得不放棄遠(yuǎn)征,最后自己也死于瘧疾。

曾經(jīng)將版圖擴(kuò)展到歐洲直逼羅馬帝國的蒙古鐵騎,在匈牙利平原上也因為瘧疾折兵損將。甚至有少量證據(jù)表明成吉思汗死于瘧疾。

(以上歷史上仍然存疑)

后來人們想到的解決蚊子的方案,是通過噴射DDT來殺蟲。

雖然我們后來知道了DDT通過食物鏈累計殺害了眾多動物,甚至危及人類,但是不能否認(rèn)的是,在20世紀(jì)它的出現(xiàn),給二戰(zhàn)時期的病蟲害得到抑制,瘧疾也被控制了。

后來人們也找到了不少新的殺蟲劑代替了DDT。

2006年世界衛(wèi)生組織允許在小范圍內(nèi)利用DDT控制瘧疾(圖源:知乎Sheldon)

那么,到了9102年,除了普通的殺蟲劑有什么新的方法來控制蚊子對疾病的傳播呢?顯然問題還是要從蚊子入手:

蚊子傳播疾病,主要就是蚊子體內(nèi)的的那些“同伙”們,會隨著吸血的過程,混入人體的血液中。之后再在血液里擴(kuò)增壯大勢力,使人體染病。

而蚊子為什么會吸血?因為雌性蚊子在交配前要“坐月子”,需要足夠的營養(yǎng)(血液的營養(yǎng)對于蚊子那是最棒的了)滿足產(chǎn)卵的需要。相反雄性蚊子就不會叮人。

聯(lián)系起來看,科學(xué)家們抓住了解決登革熱、瘧疾的關(guān)鍵:不能讓母蚊子坐月子吸血!

“吃飽了”的埃及斑蚊(圖源:wikipedia)


基因編輯與不孕不育

既然要針對母蚊子,那么如果能在蚊子的基因上做點手腳,是不是可能讓母蚊子不能吸血或者當(dāng)場去世呢?

科學(xué)家們通過基因編輯實現(xiàn)了這個目標(biāo)。簡單來講,就是針對一個雌性生育重要的基因(doublesex基因),利用基因編輯破壞掉之后,公蚊子基本啥事沒有,但是母蚊子就不孕不育了。

這個過程,就好像電腦被黑客用病毒攻擊,只是簡單改了幾個代碼,電腦就整個癱瘓了?;蛑g的調(diào)控更為復(fù)雜,一個基因的失活,可能導(dǎo)致整個調(diào)控網(wǎng)絡(luò)發(fā)生巨大改變。

一個還算蠻簡單的示意圖(圖源:Flores H A, O’Neill S L.)

但是,難道每只蚊子都要一只一只地去編輯基因嗎?又為什么只挑選對母蚊子有影響而對雄性沒有影響的基因呢?

這其實就是一個基因如何傳播的過程了,這就好比電腦病毒要感染電腦,它可能需要有一個“潛伏期”不被人發(fā)現(xiàn),并且廣泛傳播,等到被發(fā)現(xiàn)時,已經(jīng)為時已晚。

被基因編輯的公蚊子,在和母蚊子交配時,產(chǎn)生的后代就可能會帶上這個“病毒”,但是這時還沒有發(fā)揮作用,但是已經(jīng)傳播開了。

再下一代的時候,“病毒”開始發(fā)揮作用,母蚊子開始出現(xiàn)不孕不育,但是公蚊子還是帶著“病毒”,并且還在毫不知情地繼續(xù)傳播著。

根據(jù)研究報道,放出經(jīng)過7-11代,一大群蚊子就會因此滅亡了。

如果你還記得高中生物的遺傳圖,這個可能會更有助于理解這個過程:黑色是野生蚊子,灰色是敲除基因蚊子;上圖是我們熟知的孟德爾遺傳方式,而下圖是雄性不受影響的遺傳方式(圖源:James S, et al.)

除了導(dǎo)致母蚊子不孕不育,還有的基因可能可以阻止病毒感染,讓母蚊子不會帶上同伙,這似乎也是個不錯的策略。


得了“厭食癥”的蚊子

還有一種思路是,能不能讓蚊子有“厭食癥”,變得不愛吸血了,那這樣也不至于說要人家滅族嘛。

有研究者就發(fā)現(xiàn)了這個盲點:他們發(fā)現(xiàn)蚊子有點像大胃王,一頓飯的“血量”相當(dāng)于女生吃上275個漢堡一樣(天?。5?strong>這一頓下去母蚊子就好幾天不吃飯了,直到排卵之后,才會有吃東西的欲望。

作者甚至在蚊子摘要做了個小視頻給大家科普了一下(圖源:Duvall L B, et al.,大家可以看看原文的英文視頻:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867418315873)

那蚊子是不是和人一樣,吃飽了之后會有一種“飽腹感”?這些科學(xué)家就開始找這方面的相關(guān)基因,發(fā)現(xiàn)一個叫神經(jīng)肽Y(neuropeptide Y,簡稱NPY)的基因似乎可以發(fā)揮這個作用:產(chǎn)生飽腹感。

于是他們嘗試把這個基因剪掉,不表達(dá)之后,蚊子竟然吃的越來越多——所以他們的目標(biāo)應(yīng)該是增大這個基因的表達(dá),才能讓蚊子有厭食的感覺。

他們找到了好幾個相關(guān)的激活因子,用來激活這個基因大量地表達(dá)。果不其然,蚊子開始變得對血液失去了興趣,不再吸血了。

綠色的是蚊子的其中一個被篩選出來的NPY基因(NPYLR7),敲除會導(dǎo)致蚊子想叮咬人類(左圖),如果利用激活因子(藍(lán)色)則會讓蚊子不想叮人,但是也要保證這些因子不會危害到人類(Duvall L B, et al.)

這個研究的關(guān)鍵在于如何讓蚊子吃下這個激活因子(聽著像減肥藥,也確實是設(shè)計減肥藥的思路),同時不會危害到人類,道路還是很漫長的。

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改造公蚊子

現(xiàn)在讓我們再換個思路,除了基因之外,我們能不能讓公蚊子不孕不育(怎么還是這個),來達(dá)到目的呢?

高中我們學(xué)過,一定的輻射能發(fā)生基因突變。那么最直接的,輻射照射公蚊子,讓他不育不就可以了嗎?但是,不育的公蚊子“戰(zhàn)斗力”下降了,也不受母蚊子的青睞了……那后代似乎也沒有什么影響了。

另外其實還有一種方法??茖W(xué)家找到一類細(xì)菌,叫做沃爾巴克氏體(Wolbachia),就可以來達(dá)到這個目的。這類細(xì)菌的原理是感染了的公蚊子,如果和野生的母蚊子交配,產(chǎn)生的后代因為細(xì)菌的作用,會發(fā)生“胞質(zhì)不融合”的現(xiàn)象,導(dǎo)致蟲卵死亡。

但也有些問題:實際操作中,這類細(xì)菌只能感染公蚊子。因為,如果是母蚊子被感染了,即使是和感染了的公蚊子交配,細(xì)菌也不能發(fā)揮作用。經(jīng)過數(shù)代的繁衍,這種細(xì)菌就會遍布整個蚊子群體,細(xì)菌也就徹底失效了(如下圖右圖)。因此如果要釋放細(xì)菌,就要專門挑出公蚊子來感染,這無疑是個巨大的工程量。

如果雄性感染細(xì)菌,后代全部死亡,病菌也無法傳播出去(左圖);如果雌性感染,則同種病菌迅速擴(kuò)散,逐漸也失去了效用(右圖)(圖源:Armbruster P A.)

看似潛力巨大的方法,可就是效果不好,那就需要適合的改進(jìn):科學(xué)家一方面是轉(zhuǎn)入三種細(xì)菌,避免了同種感染不能發(fā)揮作用的風(fēng)險,保證公蚊子不育;針對母蚊子,則采用比較低量的輻射,讓母蚊子不育,那么母蚊子即使飛出去也不影響細(xì)菌傳播了。

如果還是以之前的“病毒”的比喻(不過這次的“病毒”是細(xì)菌了),那么我們就是把病毒裝到了公蚊子身上,而母蚊子有類似“殺毒軟件”的機(jī)制,那么為了放蚊子不會漏了母蚊子,就干脆把母蚊子的“殺毒軟件”全卸了。

當(dāng)然,這個需要的精力也比較多,但是避免了不用專門篩選母蚊子,實驗室一周也還是產(chǎn)生了500萬只裝好了“病毒”的蚊子,并且投放到了試點區(qū)域。

這個投放地方還是廣州(圖源:Zheng X, et al.)

實驗結(jié)果也非常喜人:蚊子產(chǎn)卵量降低了94%,而蚊子咬人的比率也降低了96.6%。針對當(dāng)?shù)鼐用裾{(diào)查的結(jié)果,當(dāng)?shù)匾矎姆浅岩傻?3%支持率,上升到現(xiàn)在54%的支持率。

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限于篇幅,只能給大家簡單介紹幾個科學(xué)家的高級滅蚊方法,那你覺得哪個最厲害呢?


另外附上我們昨天發(fā)的轉(zhuǎn)基因蚊子的文章:


參考資料:

  • Hemingway J. The worldmosquitoes built[J]. 2019.

  • Kyrou K, Hammond A M,Galizi R, et al. A CRISPR–Cas9 gene drive targeting doublesex causes completepopulation suppression in caged Anopheles gambiae mosquitoes[J]. Naturebiotechnology, 2018, 36(11): 1062.

  • Flores H A, O’Neill S L.Controlling vector-borne diseases by releasing modified mosquitoes[J]. NatureReviews Microbiology, 2018, 16(8): 508.

  • James S, Collins F H,Welkhoff P A, et al. Pathway to deployment of gene drive mosquitoes as apotential biocontrol tool for elimination of malaria in sub-Saharan Africa:recommendations of a scientific working group[J]. The American journal oftropical medicine and hygiene, 2018, 98(6_Suppl): 1-49.

  • Duvall L B, Ramos-EspirituL, Barsoum K E, et al. Small-molecule agonists of Ae. aegypti neuropeptide Yreceptor block mosquito biting[J]. Cell, 2019, 176(4): 687-701. e5.

  • Zheng X, ZhangD, Li Y, et al. Incompatibleand sterile insect techniques combined eliminate mosquitoes[J]. Nature, 2019,572(7767): 56-61.

  • Armbruster P A. Tigermosquitoes tackled in a trial[J]. 2019.

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