让蚊子灭绝!这项技术,让广州部分区域的野生蚊子几近消失

研究团队正在对试验使用的蚊子进行检测。(图片来源:Nature


夏天是蚊子繁殖的高峰期,蚊子不仅会叮咬人类、影响生活质量,更重要的是会传播疾病。白纹伊蚊作为困扰全世界的传病蚊,是传播登革热和寨卡病毒的主要蚊种。每年,广东省都会因为白纹伊蚊而出现登革热疫情。今日发表在《自然》上的新研究,利用多种技术结合,让广州沙仔岛和大刀沙试验点的白纹伊蚊几近灭绝。下一步,该技术将逐步进入城中村和高楼,还人类一片健康的无蚊净土。


撰文丨杨心舟


前阵子,连日的暴雨再次浇灌了广州,整座城市在雨后又变得氤氲。当然,这也是南方城市普遍的状态:潮湿,水汽弥漫。而广州特殊的城市结构,让这种潮湿带来更多致命问题。位于城中村的房区,雨水在沟渠或屋顶聚集, 顺着屋檐滴落在路旁的瓶瓶罐罐中。一旦雨停、温度回升,这些地方也成了蚊虫最爱的繁衍基地。


白纹伊蚊Aedes albopictus)是一种黑色小型蚊子,背部和足部有白色条纹。只要听到这种描述,很多读者都会被唤起被这种蚊子支配的恐惧。一旦被这种“毒蚊子”叮,皮肤表面会立即肿起又红又大的包。白纹伊蚊的目标包括许多动物,但最喜欢的吸食血液对象就是人类。并且它们对叮咬的部位相当不挑剔,只要有皮肤暴露就会吸血。


正准备吸食人血的白纹伊蚊。图片来源:Wikipedia


雌蚊在获得血液4-5天后产卵,而最佳的地点就是上面提到的那些沟渠和瓶罐的积水表面。产卵后只需再来一场降雨,让蚊卵被水完全覆盖后,新一代的白纹伊蚊就被孵化出来了。而登革热疫情的罪魁祸首就是白纹伊蚊,广东作为登革热高发区可以说是深受白纹伊蚊之害,为此许多研究人员一直都在探究如何防控和消灭害蚊。



持续多年的灭蚊战


目前,防控蚊子的措施主要是控制其繁衍过程,分为以辐射为基础的昆虫绝育技术(SIT)昆虫不相容技术(IIT)


SIT是由美国提出的一种灭蚊手段,主要使用辐射破坏雄蚊的生育能力,这些雄蚊在释放到野外后,与野生雌蚊生产的后代不能存活。SIT在不少国家都进行了试验,却没能推广起来。主要是因为辐射不仅破坏了雄蚊的生育能力,更会降低其生殖和生存竞争力,这让SIT的灭蚊效果不能长时间维持。


IIT作为替代SIT的一种新技术,利用的是胞质不相容的机制,即让雄蚊体内感染上沃尔巴克氏体共生菌,此时与雌蚊交配时,由于雌雄蚊体内共生菌不同类,会出现胞质不相容,结果就是雌蚊产生的虫卵无法孵化。不过IIT技术有一个问题,那就是雌蚊一定不能带有和雄蚊相同的共生菌,如果携带相同共生菌的雌蚊被意外释放到野外,接下来雌蚊可以正常产卵,含有该共生菌的蚊子会替代当地野生种群,IIT技术的效果将大打折扣。


IIT技术曾在致倦库蚊中取得了较大成功,缅甸的一次小型的野外试验曾几乎消灭了试验地所有的致倦库蚊。不过白纹伊蚊更难应付,因为许多广东本地的野生白纹伊蚊已经感染上了两种沃尔巴克氏菌wAlbAwAlbB,这意味着释放雄蚊很可能并不会产生效果。曾经科学家也尝试将另一种沃尔巴克氏菌wPip人工引入雄蚊体内,但携带wPip的工具蚊仍然会传播疾病,并不适合大面积推广。



用蚊子杀灭蚊子


来自中山大学热带病防治研究实验室的奚志勇团队,与广东省疾病预防控制中心合作,在现有基础上开发出了3种沃尔巴克氏菌共生的白纹伊蚊,即在蚊子体内同时含有wAlbA、wAlbB和wPip三种菌,他们将这种人工建立的白纹伊蚊称作HC蚊。由于野生蚊子不会同时携带三种菌,因此只要将HC雄蚊释放到野外,就能通过胞质不相容机制消灭当地蚊群。此外,HC蚊几乎没有传播登革热和寨卡病毒的能力,该工具蚊的安全性非常高。


奚志勇团队同样考虑到,一旦HC雌蚊意外释放到了环境中,那么会重蹈覆辙,让技术效率降低。因此他们在实验室中引入了SIT技术,在构建出HC蚊后进行雌雄分离,并对HC雌蚊进行辐射绝育处理,这种辐射对HC雄蚊的生育和生存力不会有任何影响。他们在实验室模拟了自然情况下可能出现的HC雌蚊泄露比例,测试了这种IIT-SIT结合技术的可行性,结果很快野生蚊群一段时间后就被消灭干净了。


培养HC蚊的蚊子工厂。(图片来源:Nature


在实验室技术成熟后,奚志勇团队将IIT-SIT技术带到了广州的沙仔岛,他们在岛上建立了数个HC雄蚊释放区域。试验最早开始于2015年,当时研究团队在1号释放点进行了小范围的测试,他们每周要释放150万~260万只HC雄蚊,奚志勇表示,“这使得HC蚊和野生蚊的比例维持在5:1,这样可以让HC蚊占据绝对的交配优势,实现对野生蚊的种群压制”而仅仅在试验2个月后,研究团队发现可孵化的蚊卵数目就减少了55%。而在夏季蚊虫生长繁盛期,只要释放更多的HC雄蚊,就可以完全实现对野生种群的压制效果。


位于沙仔岛和大刀沙的多个试验点。


1号试验点的成功,让奚志勇团队开始了更广泛的HC蚊的释放计划。为了防止HC蚊出现种群替代,从2016年开始他们就在IIT技术基础上引入了SIT技术,用辐射保证HC雌蚊处于绝育状态。在这之后,连续多个试验点都传来了惊人的结果,2016~2017年,研究团队在1号和位于大刀沙的2号试验点分别释放了超过5000万只2000万只的HC雄蚊。这之后,试验点的野生白纹伊蚊的种群数目下降了94%,并且连续13周都没有检测到可孵化的蚊卵。而蚊子数目的年均下降率保持在83%~94%,到论文发表之日,岛上试验点的野生白纹伊蚊几乎完全灭绝


1号和2号试验点的种群压制效果基本维持在80%~100%之间(红色线条)



走进城中村和高楼


至此,奚志勇团队的该研究已经吹响了生物灭蚊技术的号角,下一步,他们正准备进入广州城区。奚志勇告诉《环球科学》记者,这种以蚊灭蚊的方式其实本质上和杀虫剂是一个效果,因为释放的蚊子绝大部分都会集中在一个地点,它们迁徙的范围不会超过75m。因此,完全不用担心HC蚊会扩散到很多地方,在此基础上,我们很容易实现HC蚊的定点投放,而保证其他区域不受影响。


城市中的自然条件要更加复杂。图片来源:pixabay


研究团队最初测试IIT-SIT灭蚊技术时,选择了天然环境比较独立的小岛。而如今随着数据的积累,目前,奚志勇团队已经开始和广州市疾病控制中心合作,将IIT-SIT技术引入了一些登革热高发的地点。而未来的目标就是走进城中村和高楼,不过在城市中,许多自然条件都与沙仔岛不同。由于楼层分隔以及沟渠的分布,灭蚊隔离区域的设置将要更加复杂。奚志勇告诉我们,研究团队正在进行释放点的研究分析,一旦分析完成,就可以将IIT-SIT技术引进城市中,解决泛滥的白纹伊蚊问题。


未来,IIT-SIT灭蚊技术还将面临更多的问题,比如外界蚊虫的飞入或者休眠期虫卵的孵化,会打破隔离点HC蚊与野生蚊5:1的比例,从而减弱HC蚊的压制力。奚志勇指出,利用天然屏障,比如多车道的公路,湖泊,河流都可以阻隔蚊子传播。而没有屏障的地方可以设置缓冲带,解决这一问题。总之在未来,不断改进的IIT-SIT技术有望让我们在可预见的日子中,生活在一片没有蚊子干扰的净土之中。


原始论文:

Incompatible and sterile insecttechniques combined eliminatemosquitoes. 



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