作为登革热和寨卡病毒等疾病的携带者，蚊子每年杀死100多万人，使数亿人患病。但是更好地了解蚊子的繁殖可以帮助人类对抗这些疾病的爆发，这些疾病随着气候变暖而恶化。
康奈尔大学的四名研究人员——两名昆虫学家和两名工程师——对这一过程进行了更深入的研究。在12月6日发表在《自然科学报告》(Nature Scientific Reports)上的一篇论文中，他们记录了埃及伊蚊(Aedes aegypti)精子的纳米级变化，并观察了雌蚊在受精至受精期间的身体反应。
“我们想要了解生殖，因为如果你能找到方法在野外阻止生殖，你就能大规模控制蚊子的生育，”19年的伊森·德格纳博士说，他和18年的杰德·诺布尔博士是这篇论文的共同第一作者。
Degner在昆虫学教授Laura Harrington的指导下完成了他的博士学位。诺布尔的博士学位由应用与工程物理学副教授莉娜•库尔库蒂斯(Lena Kourkoutis)获得。这四个人写了论文。
目前控制蚊子数量的努力采取了两种一般的方法:通过喷洒杀虫剂或减少蚊子用于繁殖的静水区域来改变蚊子的栖息地;并进行生物上的改变，比如将不育的雄性放生到环境中，或者对雄性进行基因改造以产生无法存活的后代。
康奈尔大学的研究人员希望他们的基础研究能带来更有效的控制蚊子繁殖的方法。
德格纳说，虽然科学家们已经知道精子在雌蚊体内的作用途径，但精子在受精和受精之间的关键时期究竟是如何活动的，还不得而知。
为了了解更多，昆虫学家需要更好的工具。他们的标准光学显微镜的分辨率限制为400纳米，大约相当于光的波长，但他们需要的分辨率至少是光的100倍。通过使用高能冷冻电子显微镜——这一技术的发展为三位国际科学家赢得了2017年诺贝尔化学奖，库尔考蒂斯在她的研究中经常使用——他们可以看到比原来小10万倍的特征。
诺布尔说:“通过电子显微镜，理论上你可以看到皮米级的特征。”“这正是我们需要看到的精子特征的变化。我们看到的一些特征只有8-9纳米。”
利用强大的电子显微镜，他们发现蚊子的精子在使雌性蚊子受精后的24小时内就会脱落掉整个外膜，即所谓的多糖萼。他们还观察到，脱落过程似乎唤醒了处于休眠状态的精子，并引发了快速运动。有趣的是，当精子变得更灵活时，这在某种程度上鼓励了雌性蚊子变得更有生育能力。
这项研究的第二个关键部分来自于低温冷冻蚊子的精子，并将它们固定在接近自然的状态。传统的昆虫学研究包括给昆虫标本注入化学固定剂，使其脱水，然后加入染料以帮助观察不同的特征。
然而，在如此小的范围内，这一过程引入了一种可能性，即在精子中观察到的变化可能是由于准备工作，而不是精子中的自然变化。诺布尔说，通过这种独特的合作关系，冷冻过程使研究人员“更确信我们在图像中看到的特征是由于精子的变化，而不是由于样本准备”。
她说:“这是这次合作如此有益的另一个原因，因为它打开了一扇门，让生物学家能够真正受益于这些高性能工具。”
Noble和Degner通过几个校园组织互相认识，在讨论各自的研究时，他们意识到了合作的好处。哈林顿说，她希望这种激进的合作将是第一次。
“这个工具的潜力是巨大的，它可以增加我们对精子生物学和蚊子病原体相互作用生理学的了解，”她说。“我希望未来我们可以用这种方法探索其他领域。”
Krisy Gashler是农业和生命科学学院的自由撰稿人。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：http://news.cornell.edu/stories/2019/12/collaboration-yields-insights-mosquito-reproduction