生化蚊子助人类兵不血刃?

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  10年前我们一帮生物系学生去西双版纳实习,临行之前,每人领到一个白色药片,只有吃了药片才能成行。当时,想也没想,就把药片吞了下去。现在回想起来,那个药片应当就是抗疟疾药物的氯喹了。
  8年前,笔者跟着向导穿行于贵州的密林之间。每每观察记录之时,总会有长嘴长脚的黑白花蚊子落在身上,只要不到1分钟的时间,它们就可以取走血液,并留下一个肿包。
  最近听到了一个好消息,英国的Oxitec公司正试图一劳永逸解决蚊虫问题。
  英美两国的科研人员正在培育有基因缺陷的蚊子,并将它们送入蚊群,与正常的蚊子进行交配。这样,交配后产生的后代会因为基因缺陷在成年前死亡,无法产生后代。通过这种方法,使蚊子的种群自然灭绝。
  这个计划看似天衣无缝,并且极端诱人——我们有可能因此摆脱那些嗡嗡叫的讨厌虫。但是,千万不要忘记,50年前,手握化学武器的人类一度认为自己战胜了蚊子,但是最终的结果给了所有人一记响亮的耳光。
  化学战曾带来乐观一片
  如今,我们已经知道,蚊子是多种疾病的传播者,包括疟疾,黄热病,登革热等。其影响之大,非其他害虫可比,每年感染登革热的病人总数高达1.5亿。
  实际上,蚊子的袭扰从古至今一直存在,想当年诸葛孔明南征孟获,碰到瘴气多半就是疟疾之类的蚊媒传染病了。只是当时的人,根本不知道蚊子身上带有如此邪恶的“杀人凶手”。直到1897年,英国人罗斯在蚊子体内找到了疟原虫。在随后的几十年中,蚊子身上携带的病毒、寄生虫陆续被发现,多种热带病的病因也浮出水面,传播这些疾病的蚊子自然成了众矢之的。
  20世纪50年代,化学合成技术迅猛发展DDT、环戊二烯类、六六六以及有机磷农药等杀虫剂相继诞生。灭蚊似乎进入了一个黄金时期,意大利1945年时有疟疾病例40万,到1950年已无一例发病,斯里兰卡的患者人数野葱1955年的100万直线下降到了1964年的17例。蚊虫制造的瘴气似乎已经被人类强大的科技驱散。世界卫生组织乐观地把原来的《疟疾控制规划》改为《疟疾消灭规划》,并且计划在1963年完全消灭疟疾。
  然而,以DDT为代表的化学制剂就像是把双刃剑,不仅杀灭了蚊子,更对整个生态系统带来了灾难,比如促使蛋壳变薄,降低雏鸟孵化率;降低精子质量等等。于是,在灭蚊形式一片大好的形式下,DDT等药剂被打入冷宫。结果就是我们看到蚊媒疾病卷土重来。1978年,世界卫生组织尴尬地通过了《〈疟疾消灭规划〉改回〈疟疾控制规划〉的决议》。
  生物灭蚊看上去很美
  虽然,后来开发出了以除虫菊酯为代表的生物杀虫剂。但是,这些杀虫的使用条件都比较苛刻,而且杀灭的效力也远不如化学药剂稳定,成本更是比传统化学药剂高昂。所以,很难大规模应用。虽然在部分地区重新启用DDT进行灭蚊,但是用量和用法都受到严格控制,投鼠忌器的阴影始终无法散去。于是,人类将目光投向了蚊子的天敌。
  实际上,早在1948年,就开始研究食蚊鱼(如柳条鱼,鳉鱼等)的繁殖,并将其应用到灭蚊工程之中。在贵州稻田试验中,只要保证每平方米有3-5条食蚊鱼,就可以让蚊虫数量下降96%。将蚊虫转化为鱼类的饵料看似一个两全齐美的做法,但是这样的做法同样受到水域环境的限制,另外,蚊虫繁殖场所很多都是季节性水塘不利于鱼类的长期繁殖防蚊,于是,食蚊鱼吃蚊子只能是个“看上去很美”的方法。
  与食蚊鱼等捕食者相比,细菌和真菌等微生物武器似乎更靠谱一些,比如通过让蚊子感染大链壶菌,可以影响幼虫体内的脂类物质的积累,并对幼虫组织造成破坏,也最爱幼虫的发育和生命活动,从而置蚊虫于死地。但是目前选取的微生物还缺乏自身循环繁殖的能力,同时生产和运输这些微生物制品都需要进一步研究,至于大规模使用就更需时日了。
  雌蚊会接受生化雄蚊吗?
  通过人工释放雄性昆虫来控制控制昆虫数量,并不是什么新鲜事。这种方法的基本原则就是,让这些人工养殖的雄性个体尽可能多地与环境中的雌性个体交配,并且产下直接死亡或者无法正常发育的后代,最终控制野生昆虫种群的数量。
  之前,在柑橘小食蝇等害虫身上都进行了类似的工作。只不过,并没有动用转基因手段。只是用辐射的方法将雄性的繁殖结构破坏,使其不能产生正常的精子,那最终的结构就可想而知了。这种被成为昆虫不育技术(SIT)的方法曾一度受到推崇。
  然而,这种技术的缺陷也是显而易见的。人工释放的雄虫必须经常补充,因为它们不会自然产生后代。实际上,这些改造的雄虫更像是发射出去的子弹,一旦出膛就再也没有回头路了。在小规模防控中,饲养雄虫的工作量还可以接受,但是一旦将战场扩大到全球范围。这种简单的昆虫不育技术就显得力不从心了。
  于是,改良版的生化蚊子登场了。这些转基因雄蚊的生殖系统是正常的,但是它们产生的精子又是非正常的。简单来说,就是它们携带了雌性致死基因。这个基因并不会杀死它们的交配对象。但是,在正常雌蚊与这些生化战士交配之后,产下的后代中只有雄性能正常发育,而所有的雌性都会因为雌性致死基因的存在一命呜呼了。并且,这些繁育出来的雄性仍然可以同自然界中的雌蚊进行交配,如此反复,蚊子家族就崩溃了。在Oxitec公司的小规模试验中,转基因蚊子确实起到了降低野生蚊子数量的作用。
  也许有人会问,雌蚊是死掉了,但是雄蚊子还活着,怎么办?这个问题很简单,因为叮人的只有雌蚊,而雄蚊是不会骚扰人类的。
  更有意思的是,通过基因改造,人类可以为转基因蚊子找到合适的伴侣,让它们一起产生更多的后代,这些生活在实验箱里面的雌性蚊子也有特殊的基因。它们产下的雌性后代有一半会存活。于是,就能源源不断地生产出雄蚊生化战士了。但是,实验的问题,恰恰处在这个实验室的繁育系统中。
  原则上,实验者只会把改造后的雄蚊放归自然,让它们破坏蚊子种群。但是,雌雄的判别机制还远远没有达到完美的境界。于是,大约有0.5%的转基因雌蚊会混杂其中,偷偷溜到野外,虽然这个数量看似不多。但是,一旦让这些雌蚊建立起自己的王国,平静地产下那些可生育的雌性后代,那么我们之前所做的工作就前功尽弃了。
  还好,科学家们还有更多的备选方案,随着蚊基因组测序的完成。我们有更多的选择,比如一个名为“Actin-4”的基因就成了科学家们的目标。通过基因工程,对蚊子的这个基因进行改造,就会导致雌蚊翅膀肌肉无法正常发育,而雄蚊是正常的。这样一来,即使实验室的雌蚊意外遗漏,也不会造成负面影响。
  不过,以上都是科学家们的美好愿望。我们根本没有考虑到雌蚊的感受,它们究竟愿不愿意接受这些卧底雄蚊还是个未知数。如果,这些卧底在同正常雄蚊的竞争中毫无优势,那科学家的所有计划都将化为泡影。
  除了以上的致命绝招,科学家们还在琢磨新的绝招。比如,转Bt基因蓝藻(这项技术已经广泛应用于马铃薯,棉花等农作物),让蚊子的幼虫吃下毒药。或者利用转基因技术给蚊子种下疟疾疫苗,让蚊子成为干净的吸血者。
  但是,这些方法的结果都是未知數。比如,带毒药的蓝藻会不会毒害其他的水生昆虫,而昆虫的崩溃会不会导致鱼类的崩溃。而干净蚊子同样面临与脏蚊子的竞争,谁胜谁负更是难以预料。
  很多蚊子的幼虫是鱼类幼苗的重要食物。如果,这类生物完全消失,那整个水生生态系统会不会受到影响,仍然值得深思。
  实际上,用一些简单的方法就可以大幅降低蚊媒传染病的发生。比如使用蚊帐就可以有效阻断疟疾的传染,在尼日利亚疟原虫检测阳性的人口比率已由之前的42%降至35%。不管怎样,人类与蚊的斗争还将持续下去。可以肯定的是,不管是直接消灭,还是改造基因,蚊虫这个已经在地球上存在了上亿年家族都不会轻易屈服。也许寻求一种共处的平衡点,才是完全之策。
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