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借刀殺人之利用細菌防治登革熱

cacbug
・2011/08/26 ・1923字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

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根據最新發表在《自然》雜誌上的兩篇研究報告,發現沃巴赫氏菌Wolbachia;譯註:一種共生性立克次體)能夠阻止登革熱病毒在蚊子體內的傳播以及入侵野外帶有病原的蚊子族群。這個新的研究發現能夠減少住在疫區高達2.5億人口被感染的機會,並且有可能應用到其他蚊子傳播的疾病,例如瘧疾與黃熱病。


未參與該研究的密西根大學醫學昆蟲學家,奚志勇(Zhiyong Xi)博士說:「這是一大進步而且讓人非常興奮!雖然抗病的蚊子先前已經在實驗室裡建立,但是這是首次在野外環境成功地應用。」

數年前,研究人員將實驗室裡的蚊子感染沃巴赫氏菌,發現會降低蚊媒登革病毒的傳播。登革熱主要流行於熱帶地區,得到登革熱的病人會有高燒、紅疹和關節疼痛的症狀。沃巴赫氏菌到底是怎麼減低病毒傳播的機制目前都還不清楚,澳大利亞蒙那許大學的生物學家歐尼爾教授(Scott O’Neill),同時也是這個研究的共同作者說:「沃巴赫氏菌可能會霸佔病毒複製時所需重要的脂肪酸,或是提早誘發蚊子的免疫系統而偵查到病毒的入侵。」抗病的蚊子可望被用來降低蚊媒疾病的傳播。

但是,讓野外族群的蚊子受到沃巴赫氏菌的感染是非常困難的。沃巴赫氏菌通常會在野外傳播,不過只能夠從母親的生殖細胞傳給下一代(譯註:垂直傳播)。當研究人員將沃巴赫氏菌直接注射到蚊子體內,並沒有辦法讓細菌進到蚊子的卵裡,沃巴赫氏菌也就無法傳給下一代的蚊子,因此沃巴赫氏菌便無法在族群中傳播。

現在,歐尼爾教授與他的同事發展了一個技術能夠讓沃巴赫氏菌進到生殖組織。該研究團隊先在果蠅體內培養沃巴赫氏菌,然後將被感染的細胞取出來進行體外培養,接著將這些帶菌的細胞注射到登革熱病媒埃及斑蚊(Aedes aegypti)的胚胎中。透過上面的方法處理而帶有沃巴赫氏菌的蚊子將不會傳播登革病毒。

更重要的是這些帶有沃巴赫氏菌的蚊子能夠代代相傳,因此當他們被釋放到野外的環境是能夠在整個族群中佔有一席之地。研究團隊將超過10萬隻帶有沃巴赫氏菌感染的蚊子釋放到澳洲凱恩斯附近的兩個城鎮進行試驗。經過幾個月之後,帶有沃巴赫氏菌的蚊子開始擴張他們的地盤,從城市裡捕捉到的蚊子有百分之八十到一百是這種帶菌的蚊子。

沃巴赫氏菌能夠順利地在野外傳播,是透過生殖優勢的操控:未受到沃巴赫氏菌感染的雌蚊與受感染的雄蚊交配後會產下無法發育的胚胎。由於這種細菌只能夠從媽媽傳給小孩,這樣的方式基本上會殺死沒有感染細菌的下一代,只有那些能夠從媽媽那裏得到細菌的蚊子才能夠存活。歐尼爾教授說:「經過一段時間後,細菌能夠間接地在蚊子的族群裡一代接著一代提高比例。」

但是,目前的研究尚且無法評估登革熱發生率是否確實下降;因為研究人員釋放受細菌感染的蚊子是在澳大利亞的一個只有零星爆發登革熱的地區,歐尼爾教授提到,他們下一步的試驗計劃,希望能夠在登革熱發生比較頻繁的地區,例如印度與越南,以提供更可靠的測量登革熱流行的改變。」

奚博士說:「使用帶菌的蚊子提供了一種便宜且永續的方式來減少疾病的傳播。這個方法的重要性是因為許多流行的疫區位於貧乏的國家。一旦你將他們釋放出去,細菌就可以自己開始傳播,跟農藥需要不斷地重新施用是不同的」。

歐尼爾教授說:「而且,這種策略對環境造成的風險較低,因為自然界裡的昆蟲有百分之七十原本就被沃巴赫氏菌感染。」

奚博士也提到:「這個方法能夠發展成減少其他病毒的傳染,甚至有潛力應用在傳播瘧疾的瘧蚊(Anopheles)身上。相關的實驗也發現瘧蚊受到沃巴赫氏菌後會降低瘧疾的傳播,但是困難之處是在於如何讓沃巴赫氏菌能夠穩定地在瘧蚊這個屬的昆蟲中代代相傳,如同歐尼爾教授與他同事在埃及斑蚊身上所進行的一樣。」

翻譯自:TheScientist: Dengue-Resistant Mosquitoes

相關報導:Nature: Bacterium offers way to control dengue fever

原始論文:

T. Walker, et. al, “The wMel Wolbachia strain blocks dengue and invades caged Aedes aegyptipopulations,” Nature, doi:10.1038/nature10355, 2011.

A. Hoffman, et. al, “Successful establishment of Wolbachia in Aedes populations to suppress dengue transmission,” Nature, doi:10.1038/nature10356, 2011.

這個研究是生物性防治蚊媒傳染疾病的突破!原本歐尼爾教授的團隊發現受到沃巴赫氏菌感染的蚊子,其壽命縮減一半,如此一來便可縮短病毒在蚊子體內增長的時間,造成無法有效傳播疾病以達到防治的成果。不過他們又找到另一個沃巴赫氏菌品系,其感染率較低並不會造成壽命與生殖力的下降,同時還發現被細菌感染的蚊子唾腺中,檢測不到登革病毒,進而可以降低登革熱的傳播。之後,他們進行大規模的野外釋放試驗,紀錄到受沃巴赫氏菌感染的蚊子成功取代原本野外的族群。綜合來說,澳洲研究團隊的突破在於順利以人工方式感染沃巴赫氏菌到蚊子的生殖細胞而讓細菌持續感染其他蚊子,利用細菌抑制病毒增長來阻止疾病的傳播,這個研究成功地將實驗室裡的研究成果進一步推廣到實際應用的層面!

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cacbug
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研究昆蟲的人,腦袋不時地轉來轉去,對於這個世界充滿好多想像與疑問。

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AI 是理科「主場」? AI 也可以成為文科人的助力!
研之有物│中央研究院_96
・2022/08/13 ・5646字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文/田偲妤
  • 美術設計/蔡宛潔

AI 的誕生,文理缺一不可

人工智慧(Artificial Intelligence,簡稱 AI)在 21 世紀的今日已大量運用在生活當中,近期掀起熱議的聊天機器人 LaMDA、特斯拉自駕系統、AI 算圖生成藝術品等,都是 AI 技術的應用。多數 AI 的研發秉持改善人類生活的人文思維,除了仰賴工程師的先進技術,更需要人文社會領域人才的加入。

中央研究院「研之有物」專訪院內人文社會科學研究中心蔡宗翰研究員,帶大家釐清什麼是 AI?文科人與工程師合作時,需具備什麼基本 AI 知識?AI 如何應用在人文社會領域的工作當中?

中央研究院人文社會科學研究中心蔡宗翰研究員。圖/研之有物

詩詞大對決:人與 AI 誰獲勝?

一場緊張刺激的詩詞對決在線上展開!人類代表是有「AI 界李白」稱號的蔡宗翰研究員,AI 代表則是能秒速成詩的北京清華九歌寫詩機器人,兩位以「人工智慧」、「類神經」為命題創作七言絕句,猜猜看以下兩首詩各是誰的創作?你比較喜歡哪一首詩呢?

猜猜哪首詩是 AI 做的?哪首詩是人類做的?圖/研之有物

答案揭曉!A 詩是蔡宗翰研究員的創作,B 詩是寫詩機器人的創作。細細賞讀可發覺,A 詩的內容充滿巧思,為了符合格律,將「類神經」改成「類審經」;詩中的「福落天赦」是「天赦福落」的倒裝,多念幾次會發現,原來是 Google 開發的機器學習開源軟體庫「Tensor Flow」的音譯;而「拍拓曲」則是 Facebook 開發的機器學習庫「Pytorch」的音譯,整首詩創意十足,充滿令人會心一笑的魅力!

相較之下,B 詩雖然有將「人工」兩字穿插引用在詩中,但整體內容並沒有呼應命題,只是在詩的既有框架內排列字句。這場人機詩詞對決明顯由人類獲勝!

由此可見,當前的 AI 缺乏創作所需的感受力與想像力,無法做出超越預先設定的創意行為。然而,在不久的將來,AI 是否會逐漸產生情感,演變成電影《A.I. 人工智慧》中渴望人類關愛的機器人?

AI 其實沒有想像中聰明?

近期有一則新聞「AI 有情感像 8 歲孩童?Google 工程師爆驚人對話遭停職」,讓 AI 是否已發展出「自我意識」再度成為眾人議論的焦點。蔡宗翰研究員表示:「當前的 AI 還是要看過資料、或是看過怎麼判讀資料,經過對應問題與答案的訓練才能夠運作。換而言之,AI 無法超越程式,做它沒看過的事情,更無法替人類主宰一切!

會產生 AI 可能發展出情感、甚至主宰人類命運的傳言,多半是因為我們對 AI 的訓練流程認識不足,也缺乏實際使用 AI 工具的經驗,因而對其懷抱戒慎恐懼的心態。這種狀況特別容易發生在文科人身上,更延伸到文科人與理科人的合作溝通上,因不了解彼此領域而產生誤會與衝突。如果文科人可以對 AI 的研發與應用有基本認識,不僅能讓跨領域的合作更加順利,還能在工作中應用 AI 解決許多棘手問題。

「職場上常遇到的狀況是,由於文科人不了解 AI 的訓練流程,因此對 AI 產生錯誤的期待,認為辛苦標注的上千筆資料,應該下個月就能看到成果,結果還是錯誤百出,準確率卡在 60、70% 而已。如果工程師又不肯解釋清楚,兩方就會陷入僵局,導致合作無疾而終。」蔡宗翰研究員分享多年的觀察與建議:

如果文科人了解基本的 AI 訓練流程,並在每個訓練階段協助分析:錯誤偏向哪些面向?AI 是否看過這方面資料?文科人就可以補充缺少的資料,讓 AI 再進行更完善的訓練。

史上最認真的學生:AI

認識 AI 的第一步,我們先從分辨什麼是 AI 做起。現在的數位工具五花八門,究竟什麼才是 AI 的應用?真正的 AI 有什麼樣的特徵?

基本上,有「預測」功能的才是 AI,你無法得知每次 AI 會做出什麼判斷。如果只是整合資料後視覺化呈現,而且人類手工操作就辦得到,那就不是 AI。

數位化到 AI 自動化作業的進程與舉例。圖/研之有物

蔡宗翰研究員以今日常見的語音辨識系統為例,大家可以試著對 Siri、Line 或 Google 上的語音辨識系統講一句話,你會發現自己無法事先知曉將產生什麼文字或回應,結果可能正是你想要的、也可能牛頭不對馬嘴。此現象點出 AI 與一般數位工具最明顯的不同:AI 無法百分之百正確!

因此,AI 的運作需建立在不斷訓練、測試與調整的基礎上,盡量維持 80、90% 的準確率。在整個製程中最重要的就是訓練階段,工程師彷彿化身老師,必須設計一套學習方法,提供有助學習的豐富教材。而 AI 則是史上最認真的學生,可以穩定、一字不漏、日以繼夜地學習所有課程。

AI 的學習方法主要分為「非監督式學習」、「監督式學習」。非監督式學習是將大批資料提供給 AI,讓其根據工程師所定義的資料相似度算法,逐漸學會將相似資料分在同一堆,再由人類檢視並標注每堆資料對應的類別,進而產生監督式學習所需的訓練資料。而監督式學習則是將大批「資料」和「答案」提供給 AI,讓其逐漸學會將任意資料對應到正確答案。

圖/研之有物

學習到一定階段後,工程師會出試題,測試 AI 的學習狀況,如果成績只有 60、70 分,AI 會針對答錯的地方調整自己的觀念,而工程師也應該與專門領域專家一起討論,想想是否需補充什麼教材,讓 AI 的準確率可以再往上提升。

就算 AI 最後通過測試、可以正式上場工作,也可能因為時事與技術的推陳出新,導致準確率下降。這時,AI 就要定時進修,針對使用者回報的錯誤進行修正,不斷補充新的學習內容,讓自己可以跟得上最新趨勢。

在了解 AI 的基本特徵與訓練流程後,蔡宗翰研究員建議:文科人可以看一些視覺化的操作影片,加深對訓練過程的認識,並實際參與檢視與標注資料的過程。現在網路上也有很多 playground,可以讓初學者練習怎麼訓練 AI,有了上述基本概念與實務經驗,就可以跟工程師溝通無礙了。

AI 能騙過人類,全靠「自然語言處理」

AI 的應用領域相當廣泛,而蔡宗翰研究員專精的是「自然語言處理」。問起當初想投入該領域的原因,他充滿自信地回答:因為自然語言處理是「AI 皇冠上的明珠」!這顆明珠開創 AI 發展的諸多可能性,可以快速讀過並分類所有資料,整理出能快速檢索的結構化內容,也可以如同真人般與人類溝通。

著名的「圖靈測試」(Turing Test)便證明了自然語言處理如何在 AI 智力提升上扮演關鍵角色。1950 年代,傳奇電腦科學家艾倫・圖靈(Alan Turing)設計了一個實驗,用來測試 AI 能否表現出與人類相當的智力水準。首先實驗者將 AI 架設好,並派一個人操作終端機,再找一個第三者來進行對話,判斷從終端機傳入的訊息是來自 AI 或真人,如果第三者無法判斷,代表 AI 通過測試。

圖靈測試:AI(A)與真人(B)同時傳訊息給第三者(C),如果 C 分不出訊息來自 A 或 B,代表 AI 通過實驗。圖/研之有物

換而言之,AI 必須擁有一定的智力,才可能成功騙過人類,讓人類不覺得自己在跟機器對話,而這有賴自然語言處理技術的精進。目前蔡宗翰的研究團隊有將自然語言處理應用在:人文研究文本分析、新聞真偽查核,更嘗試以合成語料訓練臺灣人專用的 AI 語言模型。

讓 AI 替你查資料,追溯文本的起源

目前幾乎所有正史、許多地方志都已經數位化,而大量數位化的經典更被主動分享到「Chinese Text Project」平台,讓 AI 自然語言處理有豐富的文本資料可以分析,包含一字不漏地快速閱讀大量文本,進一步畫出重點、分門別類、比較相似之處等功能,既節省整理文本的時間,更能橫跨大範圍的文本、時間、空間,擴展研究的多元可能性。

例如我們想了解經典傳說《白蛇傳》是怎麼形成的?就可以應用 AI 進行文本溯源。白蛇傳的故事起源於北宋,由鎮江、杭州一帶的說書人所創作,著有話本《西湖三塔記》流傳後世。直至明代馮夢龍的《警世通言》二十八卷〈白娘子永鎮雷峰塔〉,才讓流傳 600 年的故事大體成型。

我們可以透過「命名實體辨識技術」標記文本中的人名、地名、時間、職業、動植物等關鍵故事元素,接著用這批標記好的語料來訓練 BERT 等序列標注模型,以便將「文本向量化」,進而找出給定段落與其他文本的相似之處。

經過多種文本的比較之後發現,白蛇傳的原型可追溯自印度教的那伽蛇族故事,傳說那伽龍王的三女兒轉化成佛、輔佐觀世音,或許與白蛇誤食舍利成精的概念有所關連,推測印度神話應該是跟著海上絲路傳進鎮江與杭州等通商口岸。此外,故事的雛型可能早從唐代便開始醞釀,晚唐傳奇《博異志》便記載了白蛇化身美女誘惑男子的故事,而法海和尚、金山寺等關鍵人物與景點皆真實存在,金山寺最初就是由唐宣宗時期的高僧法海所建。

白蛇傳中鎮壓白娘子的雷峰塔。最早為五代吳越王錢俶於 972 年建造,北宋宣和二年(1120 年)曾因戰亂倒塌,大致為故事雛形到元素齊全的時期。照片中雷峰塔為 21 世紀重建。圖/Wikimedia

在 AI 的協助之下,我們得以跨時空比較不同文本,了解說書人如何結合印度神話、唐代傳奇、在地的真人真事,創作出流傳千年的白蛇傳經典。

最困難的挑戰:AI 如何判斷假新聞

除了應用在人文研究文本分析,AI 也可以查核新聞真偽,這對假新聞氾濫的當代社會是一大福音,但對 AI 來說可能是最困難的挑戰!蔡宗翰研究員指出 AI 的弱點:

如果是答案和數據很清楚的問題,就比較好訓練 AI。如果問題很複雜、變數很多,對 AI 來說就會很困難!

困難點在於新聞資訊的對錯會變動,可能這個時空是對的,另一個時空卻是錯的。雖然坊間有一些以「監督式學習」、「文本分類法」訓練出的假新聞分類器,可輸入當前的新聞讓機器去判讀真假,但過一段時間可能會失準,因為新的資訊源源不絕出現。而且道高一尺、魔高一丈,當 AI 好不容易能分辨出假新聞,製造假新聞的人就會破解偵測,創造出 AI 沒看過的新模式,讓先前的努力功虧一簣。

因此,現在多應用「事實查核法」,原理是讓 AI 模仿人類查核事實的過程,尋找權威資料庫中有無類似的陳述,可用來支持新聞上描述的事件、主張與說法。目前英國劍橋大學為主的學者群、Facebook 與 Amazon 等業界研究人員已組成 FEVEROUS 團隊,致力於建立英文事實查核法模型所能運用的資源,並透過舉辦國際競賽,廣邀全球學者專家投入研究。

蔡宗翰教授團隊 2021 年參加 FEVEROUS 競賽勇奪全球第三、學術團隊第一後,也與合作夥伴事實查核中心及資策會討論,正著手建立中文事實查核法模型所需資源。預期在不久的將來,AI 就能幫讀者標出新聞中所有說法的資料來源,節省讀者查證新聞真偽的時間。

AI 的無限可能:專屬於你的療癒「杯麵」

想像與 AI 共存的未來,蔡宗翰研究員驚嘆於 AI 的學習能力,只要提供夠好、夠多的資料,幾乎都可以訓練到讓人驚訝的地步!圖/研之有物

AI 的未來充滿無限可能,不僅可以成為分類與查證資料的得力助手,還能照護並撫慰人類的心靈,這對邁入高齡化社會的臺灣來說格外重要!許多青壯年陷入三明治人(上有老、下有小要照顧)的困境,期待有像動畫《大英雄天團》的「杯麵」(Baymax)機器人出現,幫忙分擔家務、照顧家人,在身心勞累時給你一個溫暖的擁抱。

機器人陪伴高齡者已是現在進行式,新加坡南洋理工大學 Gauri Tulsulkar 教授等學者於 2021 年發表了一項部署在長照機構的機器人實驗。這名外表與人類相似的機器人叫「娜丁」(Nadine),由感知、處理、互動等三層架構組成,可以透過麥克風、3D和網路鏡頭感知用戶特徵、所處環境,並將上述資訊發送到處理層。處理層會依據感知層提供的資訊,連結該用戶先前與娜丁互動的記憶,讓互動層可以進行適當的對話、變化臉部表情、用手勢做出反應。

長照機構的高齡住戶多數因身心因素、長期缺乏聊天對象,或對陌生事物感到不安,常選擇靜默不語,需要照護者主動引導。因此,娜丁內建了注視追蹤模型,當偵測到住戶已長時間處於被動狀態,就會自動發起話題。

實驗發現,在娜丁進駐長照機構一段時間後,住戶有一半的天數會去找她互動,而娜丁偵測到的住戶情緒多為微笑和中性,其中有 8 位認知障礙住戶的溝通能力與心理狀態有明顯改善。

照護機器人娜丁的運作架構。圖/研之有物

至於未來的改進方向,研究團隊認為「語音辨識系統」仍有很大的改進空間,需要讓機器人能配合老年人緩慢且停頓較長的語速,音量也要能讓重聽者可以清楚聽見,並加強對方言與多語混雜的理解能力。

臺灣如要發展出能順暢溝通的機器人,首要任務就是要開發一套臺灣人專用的 AI 語言模型,包含華語、臺語、客語、原住民語及混合以上兩種語言的理解引擎。這需花費大量人力與經費蒐集各種語料、發展預訓練模型,期待政府能整合學界與業界的力量,降低各行各業導入 AI 相關語言服務的門檻。

或許 AI 無法發展出情感,但卻可以成為人類大腦的延伸,協助我們節省處理資料的時間,更可以心平氣和地回應人們的身心需求。與 AI 共存的未來即將來臨,如何讓自己的行事邏輯跟上 AI 時代,讓 AI 成為自己的助力,是值得你我關注的課題。

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研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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基因改造的實例「友善蚊」,友善的對象是?——《竄改基因:改寫人類未來的 CRISPR 和基因編輯》
貓頭鷹出版社_96
・2022/04/03 ・1849字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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雖然,「友善蚊」聽起來可能像是《好餓的毛毛蟲》這本繪本的續作,但它其實是牛津昆蟲技術公司擁有的商標,代表一種經過基因改造的特殊蚊種,這種蚊子可以傳播引發登革熱、茲卡病和黃熱病的病原。

2002 年,牛津昆蟲技術公司培育出他們第一批友善蚊。這些接受基因改造的蚊子,體內含有一種自殺基因。自殺基因一旦啟動,就會干擾蚊子的細胞活動,造成蚊子死亡。這間公司很聰明,沒把這種經過基因改造的蚊子取名為「自殺蚊」之類的愚蠢稱號,銷售基因改造產品的公司最不需要做的事情,就是給自家產品取個嚇人的名字。

現在,這間公司在實驗室進行培育,生產數百萬隻經過基因改造的友善蚊。在許多爆發相關病媒蚊疾病的地點,這些蚊子已經被釋放到野外環境,例如在開曼群島上的一處特定地區,已經釋放了八百萬隻友善蚊。

友善蚊的自殺基因機制

這些大量釋放的友善蚊都是雄蚊,一旦可以自由飛翔,牠們就會做雄蚊總是會做的事:試著找雌蚊交配。假設交配成功,那麼友善蚊所有的後代都含有自殺基因。

自殺基因的表現會導致一種致命毒素在蚊子體內累積,造成友善蚊的後代在幼蟲期或蛹期階段就死亡。在開曼群島進行的試驗結果十分振奮人心,經過重複的野外釋放程序,在一個季度的時間內,研究人員偵測到的蚊卵數量減少了百分之八十八,體內攜帶病毒的蚊子數量則是減少了百分之六十二。

這些經過基因工程改造的小昆蟲之所以是一種相當好的技術解決方案,原因有很多,除了自殺基因以外,友善蚊還會把一種特定螢光蛋白質的譯碼基因傳給後代。在野外,研究人員可以利用螢光來辨認哪些蚊子繼承了友善蚊經過改造的遺傳物質。

經過重複的野外釋放,在一個季度內研究人員偵測到體內攜帶病毒的蚊子數量減少了百分之六十二。圖/Pixabay

經過基因改造,自殺基因已經安置在友善蚊的基因體裡,成為正向迴路的其中一部分。自殺基因一旦啟動,就會開始提升自身的表現量,意味著在蚊子體內,有毒物質很快就會累積到致命程度。

控制友善蚊體內的自殺基因啟動

這項技術最美妙的地方在於它解決了很基本的問題。如果自殺基因是致命的,為什麼雄蚊在長大成年,被釋放到野外毀了雌蚊想當媽媽的夢想之後才會死?這是因為,培育了數百萬隻雄蚊的牛津昆蟲技術公司,有辦法控制牠們的飲食。

研究人員在給雄蚊吃的食物裡添加了四環素這種抗生素,四環素會和自殺基因結合,造成自殺基因關閉。自然界並沒有四環素這種物質,所以雄蚊到了野外之後,自殺基因才會啟動,而體內原有的四環素足夠牠們活著找到雌蚊交配。

至於繼承了自殺基因的後代,因為食物中不含四環素,所以無法關閉牠們的自殺基因。於是,這些遺傳了致命基因的蚊子就會死亡。

是破壞生態還是環境友善?

這項技術還有許多值得欽佩的地方,廣效性化學殺蟲劑的使用可能因此減少。用化學藥劑來滅蚊,人類很難徹底找到每一處雌蚊喜愛的小型積水空間。但尋找雌蚊這件事對經過基因改造的雄蚊來說不是問題,一億年來的演化已經讓牠們成為尋找雌蚊的大師。

牛津昆蟲技術公司只針對一種蚊子進行基因改造,所以其他不是病媒蚊的蚊子不會受到影響,這種蚊子並不是開曼群島的本土生物,而是透過人類活動意外引入當地。

這是一項自限性技術,一旦釋放到野外的雄蚊和牠們的後代都死亡,自殺基因就會從族群裡消失,一切都是為了把對生態系的破壞程度降到最低。

為了把對生態系的破壞程度降到最低,擁有自殺基因的雄蚊和後代都死亡後,自殺基因就會從族群裡消失。圖/Pixabay

——本文摘自《竄改基因:改寫人類未來的CRISPR和基因編輯》,2022 年 1 月,貓頭鷹出版社

貓頭鷹出版社_96
47 篇文章 ・ 20 位粉絲
貓頭鷹是智慧的象徵。1992年創社,以出版工具書為主。經過十多年的耕耘,逐步擴及各大知識領域的開發與深耕。現在貓頭鷹是全台灣最重要的彩色圖解工具書出版社。最富口碑的書系包括「自然珍藏、文學珍藏、台灣珍藏」等圖鑑系列,不但在國內贏得許多圖書獎,市場上也深受讀者喜愛。貓頭鷹的工具書還包括單卷式百科全書,以及「大學辭典」等專業辭典。貓頭鷹還有幾個個性鮮明的小類型,包括《從空中看台灣》等高成本的視覺影像書;純文字類的「貓頭鷹書房」,是得獎連連的知性人文書系;「科幻推進實驗室」則是重新站穩台灣科幻小說市場的新系列,其中艾西莫夫的科幻小說,已經成為台灣讀者的口碑選擇。

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怎麼判斷一隻蚊子會不會吸血?——日常蟲蟲仔細看
李鍾旻_96
・2021/07/10 ・2128字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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不用說,蚊子你一定很熟,而且幾乎可以肯定的是:你不喜歡牠們。這群吸血昆蟲,藉著偵測人體所呼出的二氧化碳、汗水氣味,以及體溫而悄悄接近我們、叮咬我們,並造成皮膚發癢,這是蚊子令人厭惡的主因。

但事實上,並不是所有的蚊子都會叮咬人!

熱帶家蚊的雌蟲。熱帶家蚊是住家常出現的蚊子之一,常經由門縫、排水管道進入室內。圖/作者提供

頂著一對毛刷的是雄性!

一般俗稱的蚊子是雙翅目蚊科的昆蟲。台灣已知的蚊子種類超過 135 種,當中有約 20 種會叮咬人,而在都市住家中出沒者大約只有 4~6 種。其實會去叮人,會需要吸食人血的蚊子,都是雌蟲。因此只要稍微辨識性別,便能知道眼前的蚊子會不會叮人。

蚊子的兩性間,在觸角形態會有明顯差異。雄蟲的觸角具有濃密的長毛,因此外觀像是蓬鬆的羽毛、毛刷;雌蟲的觸角則僅見短而稀疏的毛,外表看起來如細絲一般。

熱帶家蚊的雄蟲,觸角具濃密長毛,每一節的毛呈環狀排列。圖/作者提供
熱帶家蚊的雌蟲,觸角表面僅有稀疏的短毛。圖/作者提供

我們在室內環境相當容易見到的蚊子,比如說時常會從排水孔跑進家裡的熱帶家蚊(Culex quinquefasciatus)、很喜歡從門窗縫隙闖進屋內的白線斑蚊(Aedes albopictus),以及南部地區常見的埃及斑蚊(Aedes aegypti),牠們的身上都可以觀察到雌雄觸角外觀明顯的差異。在近距離下,就算不藉助任何光學器材,我們也可以看出雄蟲觸角上的毛相當多又明顯。

觸角在覓食上扮演相當重要的角色。雌蟲能夠藉由觸角上的微小感覺構造,偵測空氣中的化學物質,幫助牠們利用嗅覺搜尋吸血的對象。此外,觸角也具有感受聲音、溫度等功能。

至於雄蟲毛茸茸的觸角,則更加強化了聽覺的能力,使牠們對聲音的偵測較雌蟲靈敏。觸角表面的毛能夠幫助接收空氣中的聲波,如此有助於在尋找伴侶時,偵測雌蟲振動翅膀所發出的聲音。

白線斑蚊的雄蟲,長著長毛的觸角有如一對毛刷。圖/作者提供
白線斑蚊的雌蟲,觸角表面的毛短小不明顯。圖/作者提供

吸血是為了生育後代

其實蚊子不論雌雄,都會攝食植物性的汁液。然而基於繁殖的需求,雌蟲在交配後,必須獲得足夠的蛋白質養分,以促使體內的卵巢發育,而哺乳類動物的血液正是理想的蛋白質來源。雌蟲在每次吸血後,大約可產下 75~500 粒卵,而產出的卵數量與攝取到的血液量是成正比的。

蚊子的唾液具有抑制凝血、造成血管擴張等效果,同時也會引起人體的發炎反應,因此遭雌蟲叮咬的傷口在事後會腫脹發癢。

雌蚊的刺吸式口器,外圍是一層較柔軟的「外鞘」(下唇),內部則是看起來如細針般,直徑小於 0.1 公釐的「口針」。口針也就是用來插進皮膚吸血的構造,但它並非單純只是一根針,而是由 6 根更細微的針狀結構所集結而成,只是我們的肉眼平時無法看見那些纖細的結構。

吸血中的埃及斑蚊。吸血時,包覆在外的外鞘會向後折起,露出纖細的口針。圖/作者提供

雄蟲的口器因為缺乏穿刺皮膚的功能,因此不適合用來吸動物的血。或許是因為僅攝取植物汁液的營養較不足,雄蟲普遍壽命較短,一般在羽化後大約平均只能存活一星期,而雌蟲則通常能存活一個月或更久。

一般來說,雌蟲在交配後才吸血。不過也有少數種類例外,例如地下家蚊(Culex pipiens molestus)的雌蟲在初次產卵時不須吸血,但當牠們欲進行第二次、第三次產卵時,便必須吸食血液,才能讓卵巢發育。

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家蚊(Culex)將卵粒密集產於水面上,形狀宛如小船,稱為卵筏(egg raft)。圖/wiki

蚊媒傳染病不可輕忽

我們大概都把「蚊子叮咬」當成稀鬆平常的小事,而忽略了蚊子有可能攜帶致病的微生物。蚊子是多種致死率高的疾病媒介,如登革熱、瘧疾、日本腦炎,全世界每年因為蚊子叮咬而染病死亡的人數至少達數十萬。蚊子雌蟲才會吸血,因此會傳播疾病的主要是雌蟲。

台灣目前由蚊子傳播的傳染病,以登革熱最常見。登革熱的病媒蚊,主要是埃及斑蚊與白線斑蚊,尤其埃及斑蚊對登革熱的傳播較白線斑蚊嚴重,而夏天更是登革熱風險最高的季節。雖然各式媒體時常在呼籲,我們平時還是得留意室內外會積水的容器,這些都可能成為蚊子的孳生源。而且盡可能遠離蚊子,才是上策。

但哪天你若是剛好打扁了一隻蚊子,仍然可以把握機會,試著辨識牠的性別,或者觀察牠身上的各種微小結構。

參考資料

  1. 蕭孟芳(2013)。蚊之色變。二魚文化事業有限公司。
  2. Ramanujan, K.(2019). Mosquitoes can hear up to 10 meters away. Cornell Chronicle.
李鍾旻_96
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目前大部分時間都在觀察、寫作和拍照,曾獲金鼎獎兒童及少年圖書獎、世界華人科普新秀獎、人與自然科普寫作桂冠獎等。著作:《台灣常見室內節肢動物圖鑑》(2021)、《自然老師沒教的事6:都市昆蟲記》(2015)。