一万种灭蚊方法，都不如给蚊子做绝育？
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据2020年世界卫生组织的报告，由按蚊传播的疟疾，在全球估计造成了2.19亿例病例，每年导致40多万人死亡。由伊蚊传播的登革热，让全球129个国家39亿多人面临感染的风险，每年估计造成9600万有症状病例和4万例死亡。
吸血中的按蚊（图片来源：Wikipedia）
抵御这些会传播疾病的蚊子成为了人类的一项重要任务。仅靠拍当然是没办法减少蚊子种群数量的，科学家们尝试用一些更加巧妙的方法，比如给雄蚊子做绝育。
方法一 · 不育昆虫技术：
让虫子“无效繁殖”
不育昆虫技术（Sterile Insect Technique，SIT）是美国农业部的科学家在20世纪50年代开发出来的，最初用于对付造成严重经济损失的蝇类害虫——螺旋蝇（Screw worm）。
螺旋蝇 图片来源：Wikipedia
他们发现，将螺旋蝇暴露于射线辐射下，可以使其变得不育。这些不育的螺旋蝇被释放到自然环境中后，与野生蝇类竞争繁殖资源，结果螺旋蝇种群的数量显著下降了。这一成功的实践为SIT的进一步发展奠定了基础。
经过数十年的发展和改进，SIT已经在世界各地得到了广泛应用，与其他技术结合已成功防治了多种高发害虫，比如：会在动物身上引起“蝇蛆病”的螺旋蝇已在美国、墨西哥、中美洲、波多黎各和利比亚被完全清除；对苹果产业造成毁灭性打击的苹果蠹蛾，在加拿大的不列颠哥伦比亚省和南非得到了有效控制。
进入21世纪，人们开始用SIT控制一些传播疾病的昆虫——蚊子。不育昆虫技术灭蚊又是如何操作的呢？
首先，在实验室条件下，繁育出大量的蚊子种群。
其次，当蚊子到达适当的发育阶段（通常是蛹或幼虫期）时，对其进行辐射处理，损坏蚊子的生殖细胞，使其不育。通常使用伽马射线、X射线或者电子束等作为辐射源。
然后，释放不育昆虫，将这些被辐射处理过的不育蚊子释放到自然环境中。这些不育蚊子将与野生蚊子竞争繁殖资源。由于它们无法产生后代，这样就可以减少蚊子种群的数量。
最后，持续释放和监测。由于蚊子的生命周期相对较短，为了持续控制昆虫种群，需要定期释放新的不育蚊子。同时，需要对蚊子种群的数量和分布进行持续监测，以评估SIT的效果并调整控制策略。
SIT技术的原理示意图 图片来源：Dilani P V D, Gunawardene Y, Dassanayake R S. Genetic Improvements to the Sterile Insect Technique (SIT) for the Control of Mosquito Population[J]. Genetically Modified and other Innovative Vector Control Technologies: Eco-bio-social Considerations for Safe Application, 2021: 43-65.
一些初步的实验显示，通过SIT可以有效地减少蚊子种群的数量，从而降低疾病的传播风险。然而，由于SIT需要繁育和释放大量的不育昆虫，实施这项技术需要大量的资源和时间。
方法二 · 不兼容昆虫技术：
有这样一种细菌，让繁殖不正常
除了通过辐射让昆虫“不孕不育”从而控制其数量的SIT，还有一种不兼容昆虫技术（Incompatible Insect Technique，IIT），主要使用沃尔巴克氏体属（Wolbachia）的内生菌感染昆虫，让昆虫的繁殖产生异常，从而控制昆虫数量。
沃尔巴克氏体属内生菌的显微照片 图片来源：Wikipedia
沃尔巴克氏体最早在1924年由美国科学家Marshall Hertig 和Simeon Burt Wolbach在蚊子卵中发现。然而，这种细菌对昆虫繁殖的影响直到几十年后才开始被科学家们认识。
20世纪70-80年代，加州大学洛杉矶分校的 Janice Yen 和 A. Ralph Barr 研究发现，当感染沃尔巴克氏体的雄性精子与未感染的卵子受精时，无法形成有活力的后代，这种现象被称为细胞质不相容。
又过了十几年，科学家们开始使用沃尔巴克氏体来控制昆虫种群，从而诞生了不兼容昆虫技术。他们发现，通过将感染了沃尔巴克氏体的蚊子释放到自然环境中，可以降低蚊子种群的繁殖能力，从而控制其数量。
沃尔巴克氏体感染蚊子的不同方式 图片来源：文献10.
不过，全球变暖可能会影响这项技术的灭蚊效果。本周在《自然-气候变化》杂志上发表的一项研究中，研究人员通过对已经开展过田野试验的澳洲和越南的两个地区进行了分析，发现能阻断蚊媒病毒传播的沃尔巴克氏体菌株在高温下会变得脆弱，研究人员预测，二十年后，高温天气可能会比现在持续的更久，这将不利于利用沃尔巴克氏体阻断蚊媒病毒的传播。
方法三 · Plus版：
昆虫节育技术结合不兼容昆虫技术
昆虫节育技术与不兼容昆虫技术，两者都各具利弊。在昆虫节育技术中，辐射处理过的雄蚊生命力下降，自然环境中的交配竞争力减弱，灭蚊效果逐渐衰减。而在不兼容昆虫技术中，若雌雄蚊子都感染了同一菌株的沃尔巴克氏体，它们的后代还是会正常发育，野外的蚊子种群可能会逐渐全部携带沃尔巴克氏体的种群，即发生“种群替换”，灭蚊效果也随之削弱。
一篇2019年发表在《自然》杂志上的研究指出，通过将昆虫节育技术与不兼容昆虫技术相结合，科学家们成功地清除了野外实验区的大部分白纹伊蚊。
白纹伊蚊就是我们俗称的花蚊子 图片来源：Wikipedia
团队先让蚊子感染上沃尔巴克氏体，然后再对蚊子实施低剂量射线辐射，使辐射水平达到让雌蚊绝育的效果，但不影响雄蚊生殖能力，最终将这些感染细菌并被辐射的蚊子释放到野外。
团队在广州市两个小岛上开展了现场试验。2016和2017年，他们分别释放了1970万只和3210万只白纹伊蚊雄蚊，携带着沃尔巴克氏体且受过辐射，即使在雄蚊释放过程中会有微量雌蚊逃逸，完全绝育的雌蚊即便其逃逸也不能在野外正常生殖，从而使发生种群替换的风险大幅降低甚至完全杜绝。结果显示，这种“双管齐下”的新方法让试验区的野生白纹伊蚊种群几乎被完全清除，证明了大面积应用 IIT-SIT 联合控制蚊媒的可行性。
广州市控制和释放地点1( a )和2( b )的卫星图像 图片来源：文献1
方法四 · 基因编辑技术：
一点不影响蚊子的健康，却能使它绝育
上面我们提到通过辐射使雄性蚊子绝育，这些方法会对蚊子的健康造成伤害，有可能降低它们与雌蚊成功交配的几率。美国陆军合作生物技术研究所和加州大学圣巴巴拉分校的研究团队决定开辟新路，他们在蚊子体内突变一种基因，从而导致雄蚊不育，但不会影响到蚊子的其他健康状况，相关研究成果发表在《美国国家科学院院刊》上。
研究人员首先运用CRISPR-Cas9基因编辑工具，选择性破坏一个专门影响雄性生育能力的β2-微管蛋白( B2t ) 基因，并繁育出一批携带突变基因的雄性埃及伊蚊，这些蚊子无法产生精子，但在其他方面却完全健康。这些雄蚊被引入到雌蚊群体中后，也能有效抑制雌蚊的生育能力。
研究者将15只携带突变基因的雄性埃及伊蚊与15只雌蚊关在一起，让其交配，在24小时后将无生育能力的15只雄蚊换为15只野生雄蚊（有生育能力），结果显示，所有雌蚊的生育能力都受到影响。也就是说，虽然突变雄蚊无法产生精子，与不育雄蚊交配后，健康的雌蚊子再遇到健康的雄蚊子也无法生育了。
然而，科学家们还发现，这种基因编辑的效果如何随着时间而变化。雌蚊必须要与许多不育雄蚊进行长时间的交配，才会完全失去生育能力。实验结果显示，让雌蚊与变异雄蚊交配4小时，雌蚊的生育能力会降低到正常水平的20%。当交配时间达到8小时，这个比例会稳定在10%左右。
与B2t突变雄性交配会抑制雌性生育能力（文献：2）
这项研究结果预示着，连续不断地释放不育雄蚊，有可能带来更有效的控蚊效果。在未来，研究团队计划继续探索蚊子的交配行为和繁殖能力，以寻找新的有效抑制蚊子数量的方法。
尽管基因编辑技术在灭蚊方面有巨大的潜力，但其也存在一些潜在的风险。首先，这种技术的长期效果和对生态系统的影响还不完全清楚。例如，大规模消灭蚊子可能对捕食蚊子的物种产生影响，或者可能影响到生态系统的平衡。其次，这种技术也引发了一些伦理问题。一旦这些经过基因编辑的蚊子被释放到自然环境中，就很难将其收回，也很难预测它们会对环境产生什么样的影响。如何在实际应用中平衡其潜在的益处和风险仍然是一个需要继续研究的问题。
无论如何，能确信的是：即使这场战役长期而艰巨，但在科学家的努力下，我们依然有望在未来高效抑制蚊子的繁殖，大规模减少蚊子造成的疾病感染，从而让人们过上更加健康的生活。
参考文献：
[1].Zheng, Xiaoying, et al. "Incompatible and sterile insect techniques combined eliminate mosquitoes." Nature 572.7767 (2019): 56-61.
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[3].Benedict, Mark Q., and Alan S. Robinson. "The first releases of transgenic mosquitoes: an argument for the sterile insect technique." Trends in parasitology 19.8 (2003): 349-355.
[4].Dame, David A., et al. "Historical applications of induced sterilisation in field populations of mosquitoes." Malaria journal 8.2 (2009): 1-10.
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[7].Soh, Stacy et al. “Strategies to Mitigate Establishment under the Wolbachia Incompatible Insect Technique.” Viruses vol. 14,6 1132. 24 May. 2022, doi:10.3390/v14061132.
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[9].Váleri N. Vásquez, et al. " wMel replacement of dengue-competent mosquitoes is robust to near-term change." Nature climate change (2023).
[10].Inacio da Silva, Luisa Maria, et al. "Systematic review of Wolbachia symbiont detection in mosquitoes: an entangled topic about methodological power and true symbiosis." Pathogens 10.1 (2021): 39.
作者：Denovo
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