蚊子聽力絕佳超乎想像

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撰文|陳敦理

●動物的聽覺原理

有些動物以鼓膜接收聲波產生聽覺,另一些動物身上的聽毛則可以感受特定頻率空氣分子振動。科學家對於動物有鼓膜才能聽得較遠一直深信不疑。利用羽狀觸角上細毛來聽聲音的蚊蟲,應該最遠只能聽到幾十公分的聲音,然而研究發現蚊子可以聽見遠處聲音,讓許多專家學者跌破眼鏡。

哺乳動物聽覺原理是耳朵把空氣中聲波能量轉換成神經衝動,傳到大腦產生聽覺而聽到聲音。人體聽覺構造有耳殼、耳道、鼓膜、小聽骨、耳蝸等。當我們說話時,聲帶振動聲波透過空氣向外傳遞,耳朵鼓膜以相同頻率振動,經過小聽骨傳到被稱為「橢圓窗」的耳蝸表面薄膜,橢圓窗振動讓耳蝸液體產生壓力波。耳蝸液體振動能量轉換成神經動作電位。橢圓窗旁鐙骨振動讓耳蝸液體產生壓力波傳到前庭管,然後順著鼓室管回來,抵達圓窗時消失。前庭管壓力波把耳蝸管和基膜往下壓。基膜上下振動讓毛細胞和覆膜產生位移,毛細胞上離子通道開啟、神經傳導物質增加引發神經動作電位。

●埃及斑蚊是許多疾病傳染媒介

美國一項研究發現,利用羽狀觸角上細毛來聽聲音的埃及斑蚊 (Aedes aegypti) 聽力非常好。這個實驗的研究對象埃及斑蚊是許多疾病傳染媒介如黃熱病、登革熱、茲卡病毒感染症 (Zika virus infection)、屈公病 (Chikungunya fever) 等,罹患黃熱病可能導致黃疸、出血、器官衰竭;登革熱病毒全球每年感染人數將近四億人;屈公病毒則能入侵心臟組織造成心肌炎。

雖然埃及斑蚊飛得不遠,從出生地算起100公尺左右已經是極限,卻因為牠是搭便車高手,埃及斑蚊分佈範圍從亞洲國家如印度、中國、東南亞各國,擴散到非洲、歐洲、美洲、澳洲等地。埃及斑蚊臺灣分佈地區集中在北迴歸線以南各縣市。埃及斑蚊產卵只要積水容器即可,喜歡生活在人類聚居城鎮且適應良好。和其他蚊子不同,埃及斑蚊白天也很活躍,讓人難以防範。埃及斑蚊傳播病毒是先叮咬攜帶病毒的人,再叮咬其他人後透過血液交叉感染。蚊子吸取植物汁液當作食物,但母蚊需要吸血才能產卵。埃及斑蚊不像其他蚊子吸血不分人還是動物,埃及斑蚊以吸人血為主,而且警覺性高常換人叮咬,傳播病毒更廣更快。

●蚊子聽力超乎想像

美國康乃爾大學 (Cornell University) 神經生物學和行為學教授 Ron Hoy與研究團隊發現,公埃及斑蚊最遠可以聽到十公尺處的聲音。其實在蠻久以前科學家就知道蚊子在空中交配,是母蚊利用振翅嗡嗡聲吸引公蚊飛過來。不過當時實驗是以近距離大約三十公分進行,讓科學家以為蚊子只能聽到近距離聲音。這次研究團隊在先前關於跳蛛 (jumping spider) 聽覺研究累積記錄昆蟲聽神經動作電位的經驗技術後,便對蚊子聽力的能耐展開研究。

首先他們在一間三十公尺高的大禮堂進行實驗,以便減少迴音干擾,結果發現安裝在蚊子大腦的電極,在播放特定聲音的喇叭移到十公尺遠,還能記錄下蚊子聽神經的神經生理訊號。接著研究團隊把神經生理學儀器搬進非常安靜的無響室,這間實驗室由紐約州立大學賓漢頓分校 (Binghamton University) 機械工程教授Ron Miles主持。研究團隊發現蚊子對頻率 150- 500 Hz 左右聲音最敏感,而母蚊翅膀拍動聲音是400 Hz 。為了證實這個發現,研究團隊將一群公蚊放在房間這頭的網籠中,當房間另一頭距離三公尺處喇叭播放出特定400 Hz聲響,公蚊馬上飛過去。即使只放一隻公蚊也有同樣反應,顯示這不只是群體行動。人們說話頻率約 150- 900 Hz ,蚊子可以聽到聲音範圍和人們說話頻率重疊。

另外在無響室進行音量研究發現只要三十分貝就可以記錄到蚊子聽神經動作電位訊號,人們說話音量在四十五到七十分貝,蚊子應該可以聽到人們說話聲音。雖然神經生理學和行為學研究都顯示公蚊可以聽到遠方聲響,卻沒有證據顯示牠們以此追蹤人類。昆蟲為人熟知以一氧化碳、味道、溫度等線索找到人們的位置。不過研究顯示兩者關係十分有趣。雖然研究發現還沒有找到蚊蟲防治的新方法,卻為高感度指向性麥克風和利用細毛偵測空氣分子運動速率的助聽器研發開啟新方向。

 

參考資料

1、Gil Menda, Eyal I. Nitzany, Paul S. Shamble, Amelia Wells, Laura C. Harrington, Ronald N. Miles, Ronald R. Hoy. The Long and Short of Hearing in the Mosquito Aedes aegypti. Current Biology, 2019.

2、Krishna Ramanujan. Study: Mosquitoes can hear up to 10 meters away. Cornell Chronicle,  2019.

 

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