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南沙科普大講堂
第2期 | 2024年7月20日
吳瑜
中山大學中山醫學院副教授
大家好，我是來自中山大學中山醫學院的吳瑜，我的工作是應用“核”技術讓蚊子絕育。
世界上最緻命的動物
說起蚊子，我們都很熟悉，但你們知道，蚊子是世界上最緻命的動物嗎？每年因蚊子吸血傳病而導緻的死亡人數高達70多萬，比毒蛇咬傷緻死人數還要多10倍。
目前，全球已記錄有三千多種蚊子，而在大陸已經發現三百多種蚊子，其中最重要的疾病傳播媒介是下圖顯示的三屬蚊，伊蚊、庫蚊和按蚊。它們主要傳播瘧疾、登革熱、流行性乙型腦炎等一百多種疾病。
這三屬蚊子有什麼差別呢？白天活躍于公園等戶外場所，叮咬我們的主要是花斑蚊，也就是伊蚊；晚上在室内叮咬我們的蚊子，主要是庫蚊，或稱為家蚊；按蚊則多分布于鄉村，我們在城市見到的蚊種主要是伊蚊和庫蚊。
瘧疾由按蚊叮咬傳播，全球每年有2.5億左右患者，能引起60多萬人死亡，其中大部分死亡病例都發生在非洲較貧窮落後的地區，尤其是5歲以下兒童。
中國在瘧疾防控上做出了卓越貢獻。中國科學家屠呦呦教授因為發現治療瘧疾的特效藥青蒿素而獲得了2015年諾貝爾生理學或醫學獎。上個世紀六七十年代，越南戰争爆發，戰場上很多士兵因為感染瘧疾發生了非戰鬥性減員。越南政府向中國求助，希望中國能夠幫助研發治療瘧疾的特效藥。中國政府舉全國之力，組織了全國科學家協同研發治療瘧疾的特效藥。最終，屠呦呦教授團隊從中醫藥古典文獻中擷取靈感，從黃花蒿中提取出青蒿素，拯救了全球數億人生命。
經過70餘年的不懈努力，中國于2021年6月30日通過世衛組織消除瘧疾認證，是以大陸現在已經沒有瘧疾的本土感染病例，但仍存在輸入性瘧疾病例的風險。因為非洲、東南亞等國家還有瘧疾流行，前往瘧疾流行區旅遊、工作的人員若被當地按蚊叮咬，可能會感染瘧疾，回國後發病就會成為輸入性瘧疾病例。瘧疾發病會有什麼臨床症狀呢？瘧疾發作俗稱“打擺子”，有寒顫、高熱、出汗退熱三個步驟。中國方案在瘧疾防控工作中作出了卓越貢獻，蓋茨基金會也投入了大量資金，在全球消除瘧疾程序中發揮了重要作用。
蚊子傳播的第二大疾病是登革熱，登革熱每年在全球範圍内也有一億以上的病例。廣州每年也有登革熱感染病例，在社群宣傳欄經常能看到消除積水、防治登革熱的宣傳海報，可見廣州非常重視對登革熱的防治工作。截至2024年7月19日的報道，廣州11個區中已有9個區出現登革熱本土病例或輸入性病例，是以我們要從身邊的小事做起，積極清除積水，防治登革熱。
圖中所示的花斑蚊（伊蚊），是我們熟知的登革熱傳播媒介。在中國主要是白紋伊蚊傳播登革熱，在南美洲、非洲等國家，埃及伊蚊是傳播登革熱的主要媒介。
大家看圖中兩隻蚊子，你們能夠分辨出雌蚊雄蚊嗎？觀察蚊子頭部結構，左邊雌蚊頭部正中有一根針狀結構，稱為“喙”。雌蚊在叮咬吸血時，把這根針插入到宿主血管來吸血，同時唾液腺會分泌唾液注入到血管内，若唾液裡攜帶了病原體，就可以傳播疾病。是以，吸血就是雌蚊傳播病原體的主要途徑。
觀察右邊雄蚊的頭部除了中間有一根針狀結構，兩邊還有兩把刷子。由于雄蚊喙退化，不足以切割皮膚，是以雄蚊不能吸血，隻能靠吸食花蜜、植物汁液生存。
在實驗室裡我們用糖水飼喂雄蚊和雌蚊，是以維持蚊子的生存可以靠吸食糖水、花蜜。但是雌蚊還是需要吸血，卵巢才能發育，才能夠産卵繁殖後代，若它不吸血就不能繁殖後代，是以隻有雌蚊吸血傳病，雄蚊不吸血就不傳病。
圖中可以看到，這兩隻蚊子的體色為黑色，根據頭部的特征可以判斷左邊是雄蚊，右邊是雌蚊。其胸背部還有一條白色的縱紋，是以被稱為白紋伊蚊，俗稱花斑蚊，是大陸傳播登革熱的主要媒介。
蚊子的孳生地
雌蚊吸血後三天，其卵巢發育成熟，就會尋找水體去産卵。幼蟲從卵裡孵化出來，幼蟲所孳生的水體被稱為孳生地。圖中的這些瓶瓶罐罐，如花盆、下水道，分别為不同屬蚊子幼蟲的孳生地。
圖上所示的輪胎是伊蚊喜歡産卵的地方。當輪胎積水時，吸了血的雌蚊就會去産卵，甚至輪胎裡的積水幹燥後，卵還可以存活幾個月。通過各國間輪胎貿易，輪胎裡攜帶的蚊卵也随之擴散到全球各地，是以蚊子所攜帶的病原體也可以通過卵來進行遠途擴散。
綜上所述，我們知道防治蚊子最根本的方法是進行環境治理，清除積水可以徹底消除蚊子的孳生地。此外，居家使用紗門、紗窗、蚊帳防蚊，用電蚊拍滅蚊，這些都是實體防治蚊子的方法。
社群經常有消殺隊伍噴灑殺蟲劑，這是化學防治的方法。另外，我們在魚缸裡、花盆裡、水生植物容器裡養一些食蚊魚，可以吞食蚊子的幼蟲，這是一種生物防治方法，還有一些巨蚊的幼蟲也可以捕食蚊子的幼蟲。接下來，我将介紹我們團隊如何應用“核武器”來控制蚊子。
昆蟲不育技術（簡稱SIT）
中山大學在東莞松山湖高新技術産業開發區建立了蚊子工廠，每周生産幾十萬至上百萬蚊子，當蚊子發育到蛹或成蚊階段會被進行輻射處理，射線破壞蚊子的生殖器官，雄蚊不能産生正常的精子，這種雄蚊被稱為“絕育雄蚊”。
我們把絕育雄蚊釋放到野外，雖然雄蚊精子沒有活力，但仍然可以跟野外的雌蚊交配，當雌蚊産卵時，由于沒有正常的精子授精，蚊卵不能正常發育。通過持續釋放絕育雄蚊，就能使野外的蚊子數量越來越少，這種控制蚊子種群密度的方法稱為“昆蟲不育技術”。
昆蟲不育技術簡稱“SIT”，它首先被成功應用于農業害蟲的控制。上個世紀50年代，大量螺旋蠅侵襲美洲，其幼蟲能侵蝕動物機體，造成畜牧業大量的經濟損失。對此，美國農業部科學家提出，用昆蟲不育技術防治螺旋蠅。通過對雄蠅進行輻射，再釋放絕育雄蠅，跟野外的雌蠅交配，進而成功控制螺旋蠅的數量。通過從北美洲一直到中美洲的“地毯式”釋放，徹底根除了當地的螺旋蠅。
其他國家也應用類似方法來控制不同的農業害蟲。在中國，我們使用昆蟲不育技術來控制登革熱媒介——伊蚊。2014年，廣州登革熱疫情非常嚴重，全國有超過四萬登革熱病例。鑒于登革熱防控需要，我們團隊通過控制登革熱媒介，減少登革熱傳播風險。是以，在中山大學的東莞研究院-松山湖開發區，我們建設了蚊子工廠，每周生産大量絕育雄蚊來控制野外伊蚊。
在了解蚊子工廠的生産流程前，我們先了解一下蚊子的生長發育過程。蚊子的一生包括成蚊、卵、幼蟲和蛹等階段。
視訊中，我們可以看到蚊卵在水中會孵出幼蟲，幼蟲有四個齡期，從不到兩毫米一直長到十幾毫米，它們生長得越來越粗壯。每一個齡期的轉變都需要經曆蛻皮這個階段。經曆了1齡、2齡、3齡、4齡幼蟲階段後，4齡幼蟲再進行一次蛻皮就能化為蚊蛹，我們可以看到化蛹的過程，4齡幼蟲的表皮慢慢褪去，就形成了蛹，其形态有點像蝌蚪。
蛹不進食，但它可以活躍地遊動。蛹再經過兩天的發育後能羽化為成蚊。我們可以根據它頭部沒有兩把刷子但有明顯的喙的特征分辨出來這是羽化的雌蚊。
我們再看雄蚊羽化的過程，也是蛹皮褪去後，成蚊展翼飛出。新羽化的雌蚊經過一兩天的發育、交配，就需要吸血，再尋找水體産卵。26-27度，75%濕度時，蚊子需要7天左右完成一代的發育。如果天氣熱，蚊子發育的周期就會縮短，是以天氣越熱，蚊子的數量越多。溫度越低蚊子的活動頻率就會下降。
那麼我們在工廠裡，如何短時間、大規模地生産蚊子呢？首先我們要收集大量的蚊卵，我們把蚊卵一次性放在孵化液中，等它孵出幼蟲後，我們再将幼蟲放入有多層托盤的幼蟲飼養架中，并加入幼蟲的食物。你們知道幼蟲的食物是什麼嗎？它由多種成分組成，有酵母、牛肝粉等成分。在這些有機物質飼養下，幼蟲将經過4個齡期的發育化蛹。
雌蛹和雄蛹的大小不同，形态不同。但在幼蟲階段，我們不能通過肉眼鑒别雌雄，隻能通過基因檢測的方法區分。在蛹階段，雄蛹較小，雌蛹較大。我們根據雌雄蚊蛹的胸部尺寸，設計了雌雄分離儀，分離儀裡的網篩直徑可以讓小的雄蛹通過，大的雌蛹則被截留在上面，通過這種實體方法可以把雌蛹和雄蛹分開。
将雌雄分離後的蛹分别放入不同蚊籠中，待其羽化為成蚊。将羽化後的成蚊放到冷庫凍暈，再置于輻照儀中輻照。輻照儀内腔中間有輻照杯，用于放置蚊子，兩側圓形的區域内置X射線發生器，X射線從兩側發出，配合中間輻照杯底座的轉動，可以使蚊子均勻受到輻照，也就是說，每一隻蚊子受到輻射的劑量幾乎相等。
這是輻照儀的外觀，開啟電源時可以發出X射線，關閉電源時X射線就會停止産生。因為輻照儀防護門含有鉛闆成分，可以阻擋射線的穿透，是以輻照儀工作時關上防護門是安全的。我們在醫院裡做CT、X射線檢查時也能看到電離輻射的警示标志，當我們看到這個标志的時候，就要警惕不要暴露在輻射源，或穿适當的防護裝備保護我們的健康。
我們把絕育雄蚊運送至野外，因為野外既有雄蚊，又有雌蚊，是以絕育雄蚊需要跟野外的雄蚊競争野外的雌蚊，相當于“間諜”、“卧底”。絕育雄蚊在冷凍的狀态下被運輸到野外後，再在常溫下投放，等溫度升高，蚊子就會複蘇，自行飛出來，這就完成了絕育雄蚊的釋放。
檢測應用SIT防制伊蚊的效果
在長期釋放過程中，我們需要評價昆蟲不育技術防治伊蚊的效果。對此，我們采用三種方法去綜合評價，分别是誘卵器、成蚊誘捕器、人誘法。
第一種方法是用誘卵器收集蚊卵。誘卵器由杯子和杯蓋組成，杯子裡面有水和濾紙，杯蓋上有三個圓孔。在野外，吸飽血的雌蚊可以飛進誘卵器來産卵，雌蚊産的卵會聚集在濾紙上。我們通過對濾紙上卵的數量進行計數，與釋放前、以及沒有釋放的地區相比，蚊子卵的數量是否減少，以及蚊卵孵出幼蟲的比例是否減少。孵出幼蟲的卵是不完整的，卵蓋會打開，是以我們可以根據卵的形态是否完整判斷蚊卵是否孵化，以此來計算孵化率。
第二種方法是用成蚊誘捕器捕獲成蚊。成蚊誘捕器是一個有黑白兩種顔色的圓柱形裝置，中間有黑色配件，外面有白色防水外罩，裡面有一個小電風扇，還有一些引誘劑。當蚊子被引誘過來，從誘捕器的頂端進入後，由于内部風扇的轉動吸引，它們就飛不出去了。為什麼這個裝置是黑白兩色的呢？因為蚊子的視覺不發達，黑白顔色對比度強的裝置對蚊子有吸引力，而且蚊子觸角的輪毛上有一些化學感受器，能感受到人體或引誘劑揮發出的一些化學物質來進行精确定位。
第三種方法是人誘法。從業人員或志願者在野外站立15分鐘左右，用吸蚊器将前來叮咬的蚊子捕捉計數。
通過這三種方法，我們就可以科學評價昆蟲不育技術防治伊蚊的效果。
這種生物防治蚊蟲的方法成功應用于南沙的島嶼。在局部區域，野外白紋伊蚊雌蚊減少了90%以上，叮咬率也下降了90%以上，也就是說，我們的防治方法獲得了顯著成效。
科學技術是為“人”所用的工具，核技術也能用來創造和平，希望我們不要談“核”色變。
好，謝謝大家！
來源：南沙區科協