小编所在的系并不属于典型的生信专业，称作ecology and evolution，其中包括很多从事生态学以及进化生物学等传统上认为需要经常出野外的科学家。随着与他们的接触，小编渐渐发现，其实很多生态学家所研究的问题也离不开编程，会经常用到生物信息学和建模的手段解决生态学问题，也会在基因水平研究生态学问题。这样看的话，生态学工作者在“生信人”，这样一个以基因组学和生物信息学科研人员为主要阅读群体的微信平台上，大概是经常被忽视的吧。因此，小编萌生了从生态人的角度写一篇推送的念头。当然了，对于很多生态学家来讲，最重要的还是要出野外做实验、搜集数据。本文通过复盘一个野外生态学工作者的科研故事，带大家看看生态人的“沿溪攻略”。

蚊子因其嗜血如命的生性和疾病推手的恶名被人类所憎恶。然而，并非所有蚊子都吸人或哺乳动物的血，其中很多以鸟类、爬行动物、两栖类、甚至是鱼类的血液为生。研究不同种类的蚊子的host-use pattern在疾病防控、预测以及生态学等方面都有重要价值。

在众多种类的蚊类当中，Uranotaenia sapphirina（一种蓝带蚊，未找到中文翻译，这里暂用拉丁文，有了解的朋友欢迎在下方留言）是有些特殊的一个：这种在美国东部广泛分布的蚊子，其寄主一直没被探明，此前研究中科学家们采用传统的方法（molecular and serologic blood meal identification techniques ）往往无功而返(1)。

Lawrence Reeves是美国佛罗里达大学（University of Florida）的一名博士后。其研究领域是蚊子的生物多样性和生态学。2015年初，Reeves开始和同事展开关于Uranotaenia sapphirina的宿主的寻找。同前辈一样，他们的研究进展的并不顺利。Reeves通过常规方法提取蚊子血液再进行PCR扩增的手段都失败了，没有扩增出宿主DNA。作者首先猜想，Uranotaenia sapphirina是否是偷取其他种类的蚊子的战利品？若如此，由于不是直接从脊椎动物体内吸食血液，Uranotaenia sapphirina得到的血液中所含的DNA可能会由于时间太长而容易遭到降解(1)。于是，Reeves等人于早晨采集了血液样本，通常认为此时蚊子刚刚饱肚。带回实验室进行PCR扩增，然而，没有任何条带(1)。

作者继而猜测PCR引物会否恰好和寄主并不匹配(1)。为此，作者设计了多对引物进行PCR扩增，然而还是全部失败。想必很多朋友都了解，如果在实验室遇到这类问题，都会被经验丰富的师兄师姐告知尝试一下不同的实验条件。作者在此也不例外，他们又对镁离子、DNA浓度以及退火温度进行了调整，然而还是没有任何结果。于是作者又做了第四个猜想，会不会是因为宿主本身有什么东西干扰PCR。若果真如此，那么应该啥都应该P不出来。然而这一次，作者得到了条带(1)。

此时Reeves一定十分沮丧。但最终他没有放弃，他最终决定去野外，也就是这种蚊子的栖息地，试下运气：如果人品爆发恰好碰见蚊子在溪边吸血，那就将直接了解其宿主是谁了（I figured that if the lab work wasn’t going to tell me anything, I’d try my luck with field observation）(1)。

了解希腊神话的朋友可能知道有一条传说中环绕冥国的冥河（River Styx，音译作斯提克斯河）。实际上，斯提克斯河是真是存在的。它，正是Reeves本次“沿溪攻略”的目的地，距Reeves所在的佛罗里达大学半个小时左右的车程。

左为佛罗里达州在美国的位置，右为佛罗里达大学到斯提克斯河行车路线图

2015年9月12日的夜晚，作者驱车前往斯提克斯河，他希望通过这样一种多少有些“无奈”的方式碰碰运气(1)。

斯提克斯河的洞穴。图片来自维基

这样一次出野并不轻松。佛罗里达州位于美国的东南部，其独特的地理位置和气候条件造就了斯提克斯河高热潮湿、杂草丛生的恶劣环境，也严重制约了生态人的看家本领——“八步赶蝉”——的发挥。斯提克斯河不仅是Uranotaenia sapphirina的聚居区，也是各种蚊虫以及水腹蛇和鳄鱼等生物的栖息之所。由于蚊子属于夜行性动物，此次出野还需要夜间作业。总之，在这样一种艰苦的环境下进行科学考察，除了十足的勇气与耐心之外，还需要时刻提起百倍精神。为避免因瞌睡而错失精彩瞬间，Reeves临行前特地饮了double espresso（双份浓缩咖啡）(1)。

事实证明，Reeves多虑了。Reeves沿着溪流仔细寻找，并没有费太多时间就找到了目标对象Uranotaenia sapphirina的踪影。他迅速采用微距镜头（macro lens）影下了差不多20张相片(1)。诡异的现象出现了，Reeves在照片中敏锐地发现雌蚊站在某些环节动物上，而且看起来嘴贴了上去（appearing as if their proboscises were in contact with the animal）。然而惊喜之余，Reeves作为一名优秀生态学家的严谨和怀疑的科学态度使他迅速意识到这应该只是个的巧合(1)。

这一次，Reeves又想错了。在继续拍摄并仔细研究了大量照片之后，Reeves开始相信他看到的一切绝不仅是巧合：他清楚地看到了大量的蚊子在泥沼中享受环节动物（如蚂蟥或蚯蚓）的饕餮盛宴。真相渐渐浮出水面，Reeves也终于豁然开朗。原来，此前PCR宿主DNA失败的原因在于，传统上用来扩增蚊子宿主血液中DNA的引物是以脊椎动物为模板的，而这些模板，很可能对环节动物等无脊椎动物束手无策。这一重大发现令Reeves激动不已。兴奋之余，Reeves马上打了好几个电话，想必一定是向大家报告这一振奋人心的消息（Satisfied, I made a few excited phone calls from the bridge that crosses the River Styx）(1)。

进食中的蚊子；(2)中的图2

为了进一步验证自己的观点，回到实验室后，Reeves设计了环节动物的特异引物（注意还避开同属无脊椎动物的蚊类）。他们进而发现Uranotaenia sapphirina吸食的血液所含的DNA全部来自环节动物。到这里，Uranotaenia sapphirina吸血的秘密终于被揭示了。该研究第一次证明蚊子可以以环节动物为特定宿主的（we provide the first evidence, to our knowledge, that a mosquito, Uranotaenia sapphirina, specializes on annelid hosts (earthworms and leeches)），它告诉我们蚊子可以有更为广泛的寄主，且在近缘种间都有所不同(2)。Reeves和合作者一道将这一来之不易的发现写成论文，并于上个月刊发在Nature旗下杂志communications biology。Reeves还将其研究历程写成一篇博文放在nature research ecology and evolution community，也就是这篇推送中的引文1。

在论文里，作者进一步联系到了蚊子吸血的进化历史。大家知道，大部分现存蚊子都是以吸食哺乳动物或鸟类的血液为生的。然而，化石证据表明，蚊类的祖先早在时间鸟类和哺乳动物起源前3-4千万年前就已经生活在地球上了。也就是说，蚊类吸食哺乳动物和鸟类血液这一行为显然是后来衍生出来的。在一亿年甚至更早以前，蚊子的祖先应该会选择其他生物作为血液的来源(2)。

 Culicomorpha（蚊下目）及其与宿主关系的进化历程；(2)中的图3

之前的观点是，蚊类的祖先可能吸食其他昆虫血液。这一点在现存个别种类的蚊子里也有发现（更多细节请见(2)及其中的引文）。作者注意到，昆虫的血液循环系统属于开放式，这与脊椎动物不同。而环节动物的循环系统恰为封闭式循环，也就是同蚊子的现代宿主相仿，且环节动物的免疫系统和止血机制更为简单。于是作者推测，以环节动物的血液为食的这一生存方式可能代表了蚊子由饮昆虫血到饮脊椎动物血的一个承上启下的过渡阶段，继而在漫长的进化历程中慢慢磨砺出更为锋利的“剑鞘”，最终突破了脊椎动物严密的防御(2)。当然，作者在文中表示，Uranotaenia sapphirina吸环节动物的生存方式并不一定是对于蚊子最祖先状态的直接继承，可能是由其近缘种吸青蛙血液转变来的。但不论如何，蚊类祖先与环节动物的interaction仍是一个十分诱人的猜想。作者在文中就这一点有详细讨论，感兴趣的读者请查看原文(2)。

从一个吸血的问题，引出一个戏谑的探索历程，本文真可谓一波三折。所以，当你的lab work不work的时候，不妨也像Reeves一样，走出去，看一看外面的世界。

引文

1.Reeves L. At the River Styx, mosquitoes feed on worm blood. 2018.

2.Reeves LE, Holderman CJ, Blosser EM, Gillett-Kaufman JL, Kawahara AY, Kaufman PE, et al. Identification of Uranotaenia sapphirina as a specialist of annelids broadens known mosquito host use patterns. Communications Biology. 2018;1(1):92.

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