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     时间:2021-04-08 10:05:16  来源:

    蚊子可能是世界上最难治的害虫之一,但实际上它们很小而且很脆弱。因此,当一个国际科学家团队(包括弗吉尼亚理工大学的几名科学家)想要观察昆虫摄食的潜在机制时,他们必须发挥创造力。

    研究人员将在芝加哥以外的阿贡国家实验室的高级光子源前,将野生蚊子捕获在森林中,然后使昆虫饥饿48小时。用氮气将它们麻醉后,研究小组使用指甲油将单个蚊子粘在一个昆虫的针头上,然后将其长鼻浸入水中,即用稻草状的长形蚊子将蚊子喝成糖。的喂食解决方案。当饥饿的昆虫吸走花蜜时,同步X射线摄影机实时拍摄了不透明外骨骼背后发生的一切的镜头。

    这些工作发表在科学报告上,不仅发现了蚊子饮水的新模式,而且还可以回答昆虫形态的一个基本问题:为什么有些喝液体的昆虫的头部有两个泵,而另一些却只有一个?

    弗吉尼亚理工大学生物医学工程和力学系副教授,该研究的资深作者杰克·索查说:“我们发现蚊子头上的这两个泵具有辅助的“爆发模式”。他说:“这种爆破模式只涉及一次大体积的流体吸入,这是以前从未见过的。它有可能为具有两个泵的昆虫提供更多选择,并允许多模式喂食以及功能上的灵活性。”

    由于2016年的寨卡病毒爆发和新的黄热病流行在巴西蔓延,蚊子及其携带的疾病仍然是公共卫生关注的焦点。这些有关昆虫的摄食机制和形态的新发现可能对科学家在未来的研究中如何解决蚊媒疾病传播具有更大的意义。

    研究合著者,生物医学工程和力学系教授马克·斯特雷姆勒(Mark Stremler)说:“蚊子不仅令人讨厌,而且对健康构成威胁。”“我们对它们的鲁棒性和生存方式了解得越多,我们就越有机会找出控制它们的方法。”

    尽管喂食蚊子很重要,但是以前的研究尚未完全理解蚊子两泵系统的内部机制。在正常饮酒时,这两个肌肉泵以多次往复的连续往复运动模式运行,就像小口子在吸管上来回运动。

    但是,在新近发现的爆发模式下,蚊子只走了一个大容积的冲程-一根巨大的吸管通过吸管-在此期间,两个泵大幅度地膨胀到了它们的最大容积。这种突发模式产生大量,快速的流体涌入,但与正常的连续泵送模式相比,其能量消耗也大得多。

    Socha说:“突发模式使体积大大增加,产生的流量比我们在连续泵送模式下看到的流量大27倍。”“但是它消耗的能量大约多一千倍。这就引出了一个问题,为什么蚊子甚至不使用它?”

    为了探究这个问题,研究人员开发了蚊子流体泵系统的数学模型,从而使他们对蚊子的工作原理有了详细的机械理解。他们发现,爆发模式允许蚊子根据需要产生低压真空,然后昆虫可以用它来推动阻塞,例如气泡或小颗粒,例如通过长鼻。暂时增加摄入量也可以用于更快喝酒,也许是如果蚊子试图避免被发现,但是这种情况似乎不太可能,因为仅偶尔观察到爆发。

    斯特雷姆勒说:“流体力学模型使我们能够提出关于这种爆发模式可能做什么的新假设,而不仅仅是说它存在。”“现在我们有了一个参数化描述,为刻意测试潜在功能的问题提供了基础。总体而言,该模型有助于通过研究指导和告知我们从这里出发的可能性。”

    除了蚊子传播疾病的生物医学意义外,研究人员还设想了在微流控设备中模仿蚊子的两泵系统的可能性,该设备可用于在人体内进行靶向药物治疗。

    Socha说:“对于这些类型的微型设备,除非您能在自然界中看到它,否则您可能永远不会迷失那种功能设计。”“进化是最终的修补匠。”

    由于存在许多假设,未来的研究途径看起来很有希望。

    斯特雷姆勒说:“与关闭一个开放的问题相反,这项研究打开了一整套全新的问题和可能性的大门,而在观察到这种突发模式之前,我们甚至都没有考虑过。”

     

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