雌性控制的快速进化锁钥机制决定伊蚊交配成功率及其种间竞争意义

《Current Biology》：A rapidly evolving female-controlled lock-and-key mechanism determines Aedes mosquito mating success

本研究针对伊蚊交配机制不清的问题，通过行为追踪与基因操作技术，首次发现雌蚊通过生殖器尖端伸长行为主动控制交配。研究表明埃及伊蚊雌性该反应由雄性生殖器小抱器触发，形成锁钥机制；而白纹伊蚊雄性可跨物种绕过该机制，这为解释其生态竞争优势提供了新机制。论文发表于《Current Biology》，为蚊媒防控提供了新靶点。

　　

在蚊媒传染病肆虐的当下，伊蚊作为登革热、寨卡病毒等致命病原体的主要传播者，其繁殖机制一直是科研人员关注的焦点。令人困惑的是，雌蚊一生通常只交配一次，这一关键决策却发生在短短14秒的交配过程中，且传统观点认为雌性在交配过程中处于被动状态。这种认知矛盾在埃及伊蚊（Aedes aegypti）和白纹伊蚊（Aedes albopictus）这两种重要病媒蚊的种间竞争中尤为突出：当它们的分布区重叠时，白纹伊蚊能够取代埃及伊蚊，而野外观察发现白纹伊蚊雄性与埃及伊蚊雌性的跨物种交配存在明显不对称性，这种交配虽不产生可育后代，却会导致埃及伊蚊雌性绝育，这种现象被称为“satyrization”（生殖干扰）。然而，这种不对称交配偏好的机制至今未明。

为解决这一难题，洛克菲勒大学的研究团队在《Current Biology》上发表了最新研究。他们通过构建双色荧光精子标记的转基因蚊株，首次量化了雌蚊的交配模式，确认86%-96%的雌蚊一生只交配一次，且再交配阻断在首次交配后2小时内迅速建立。利用高速摄像记录、深度学习分析和精密解剖操作，研究人员揭开了蚊虫交配的神秘面纱。

研究的关键技术方法包括：构建β2Tubulin启动子驱动的荧光精子转基因蚊株实现交配可视化；采用三维自由飞行追踪和线栓固定视频记录系统进行行为分析；通过显微手术精确操控雄性小抱器结构；运用扫描电镜和冷冻电镜解析生殖器形态互作。

雌性再交配阻断迅速建立

通过双色荧光精子系统，研究人员发现雌蚊在持续暴露于雄蚊的环境中仍保持极低的再交配率。时序实验表明，再交配阻断在首次交配后2小时内即可建立，并随年龄增长而加强。

雌性生殖器行为控制埃及伊蚊交配

高速视频分析揭示了一个前所未有的雌性行为：当雄蚊生殖器接触时，处女雌蚊会主动伸长其生殖器尖端，而经历过交配的雌蚊则无此反应。这种生殖器尖端伸长行为是成功交配的必要前提，研究人员将其定义为“生殖器互锁”的关键步骤。

雌性生殖器尖端伸长控制埃及伊蚊交配

通过钉栓固定雌蚊的高清视频记录，研究团队量化了交配过程中的三个关键阶段：雄蚊生殖器接触、雌蚊生殖器尖端伸长和生殖器互锁。测量数据显示，雌蚊生殖器尖端可伸长至静息长度的两倍（约280μm），而生殖器互锁时的接触面积可达390μm。值得注意的是，两次展现生殖器尖端伸长行为的雌蚊，其受精囊中均发现了双色精子，直接证明了该行为与交配接受度的关联。

次级雄性生殖器结构触发雌性生殖器反应

研究聚焦于雄蚊的钩状结构——小抱器（gonostyli），发现其在交配初期插入雌蚊生殖器尖端并产生振动，继而触发雌性的生殖器伸长反应。小抱器在蚊科昆虫中呈现快速进化特征，提示其可能在物种隔离中发挥作用。

小抱器触发雌性生殖器尖端伸长并为成功授精所必需

通过精细的显微手术操作，研究人员证明了小抱器在触发雌性接受性中的关键作用。移除或破坏小抱器结构几乎完全阻断了交配成功，而竞争性交配实验进一步显示，即使轻微的结构损伤也会使雄蚊在竞争中处于劣势。

白纹伊蚊和埃及伊蚊生殖器互动与行为比较

比较生物学分析揭示了两种伊蚊的重要差异：白纹伊蚊雄虫具有更大型的小抱器，且在交配尝试中更频繁地尝试“未经请求”的生殖器互锁。此外，白纹伊蚊雌虫在生殖器反应前表现出明显的生殖器回缩行为。

锁钥功能在种间生殖器互动中的体现

研究最引人注目的发现在于种间交配的不对称性：白纹伊蚊雄虫能够绕过埃及伊蚊雌虫的生殖器尖端伸长反应，直接实现跨物种生殖器互锁，而这种“撬锁”能力在与其他白纹伊蚊雌虫交配时并未出现。更令人惊讶的是，白纹伊蚊雄虫甚至能够与已经交配过的埃及伊蚊雌虫成功交配，突破了雌蚊的再交配阻断机制。

这项研究彻底改变了我们对蚊虫繁殖的认识，确立了雌性在交配中的主动控制地位。发现的锁钥机制不仅解释了物种内交配的精确调控，也为理解白纹伊蚊的生态入侵优势提供了机制性解释：其雄虫通过演化出的“撬锁”能力，能够突破近缘种的生殖隔离屏障，实现种间生殖干扰。这些发现为蚊媒防控策略提供了新思路，特别是对基于交配控制的绝育昆虫技术（Sterile Insect Technique）和不相容昆虫技术（Incompatible Insect Technique）的优化具有重要指导意义。未来研究将聚焦于解析雌性感受雄性小抱器刺激的神经机制，以及这种调控如何在单次交配后发生快速改变，这将为理解昆虫繁殖行为的演化提供更深层次的见解。