26岁拿下MIT数学博士，两获搞笑诺奖，他终于破解蚊子为何总咬你,蚊子喜欢叮数学好的人

佐治亚理工学院、麻省理工学院、加州大学河滨分校等多所高校通力合作，完成了一项关于蚊子寻找宿主行为的重磅研究，2026年3月18日，Science Advances在线发表了这项成果。研究首次实现了对埃及伊蚊自由飞行行为的高精度定量预测，把蚊子“找宿主”的模糊常识，变成了可计算、可模拟、可应用的科学模型。

论文截图 | 图源：Science网站

撰文 | 路飞

2021年，美国疾控中心的一间实验室里。一个年轻人一动不动，数百只埃及伊蚊正围着他盘旋飞舞。它们一次次俯冲、靠近、折返，而他在实验中要一次性保持静止20分钟。

这一切都是为了解决研究人员心中的疑惑：蚊子究竟是怎么“找到人”的。他以身入局，反复“投喂蚊子”三年，最终，他们研究团队建立起一套可以“预测蚊子飞行轨迹”的数学模型。

用物理学研究生物学

文章开头的年轻人，是佐治亚理工学院的本科生Christopher Zuo。他跟着本校机械工程与生物学系教授胡立德（David Hu）一起，希望搞清楚蚊子是如何飞行的，从而研发出高效捕蚊器。

他们研究方法中的关键一环，用胡立德的说法，正是“将鲜活人体献给众多蚊子，并观察分析其飞行轨迹”，从而理解它们围绕人类的各种反应及其内在机制。

胡立德长期研究动物运动行为，他的头脑中总能蹦出一些奇思妙想。例如，他曾在2015年与2019年两次获得搞笑诺贝尔物理学奖，成果分别是“为什么哺乳动物的排尿时间是21秒”“袋熊为什么会排出立方体状的粪便”；他还在2015年、2016年和2019年，三次获得由浙江省科协指导、浙江省科技馆主办的“菠萝科学奖”，成果分别是“蚊子为什么不会被雨砸死”“苍蝇为什么总在搓手”“猫怎么用舌头清洁身体”。

旺盛的好奇心，是胡立德做科研和认知事物的趁手利器。他兴趣广泛，在本科期间，曾先后涉猎过五个不同专业，包括哲学、生物学、数学等，还加入了体操队。

不得不说，传承也是胡立德研究趣味的重要来源。他在大学时期的导师L.马哈迪文（L. Mahadevan），因研究“床单起皱现象并总结出相关规律”，获得2007年搞笑诺贝尔物理学奖。他导师的导师约瑟夫·B·凯勒（Joseph B Keller）同样是该奖项的常客：他凭借对“为何茶壶倒出的茶水有时会沿壶嘴流下”这一问题的研究，摘得1999年搞笑诺贝尔物理学奖；2012年，又因探究“扎马尾者跑步时头发的摆动规律”，再度获得同奖项。

26岁时，胡立德便获得麻省理工学院数学博士学位。最终他想明白了，无论从事何种职业，关键在于遵从内心，于是选择进入佐治亚理工学院，成为该校唯一一位同时任职于机械工程系与生物系的教授。

那么，预测蚊子飞行轨迹，又是如何进入胡立德的视野呢？

这就要从人蚊之间的战争说起。全球每年要花费220亿美元来对付蚊子，包括购买杀虫剂和各种各样的防蚊用品。

人类很早就从生活经验中感知到，蚊子会被呼吸、体温、汗液气味、衣物颜色等因素吸引，民间也流传着“穿深色招蚊子”“出汗招蚊子”“呼吸重招蚊子”等经验说法。

其实蚊子的视力非常差。它们的复眼由数百个称为小眼的独立透镜组成，每个小眼只有头发丝粗细，所以它们看到的世界并不清晰，更像是打满马赛克的像素画。根据光学原理，蚊子只能在几米范围内勉强认出一个成年人。仅凭视觉系统，它们甚至分不清人和一棵小树，因此会本能地注意所有深色物体。

过去数十年间，昆虫学家、行为生物学家、神经生物学家也陆续证实，二氧化碳、皮肤气味、热量、湿度、视觉对比度等，都是招引蚊子的关键要素。

但一个核心问题，始终没有得到真正解决：蚊子到底是怎么整合这些信息的？为什么它能在黑暗中精准找到你？为什么有的人特别招蚊子？更重要的是这些行为，到底能不能被“计算”？

传统的经典实验绝大数是在风洞中完成，依赖稳定定向气流，但现实中的卧室、客厅、地铁，并不存在稳定气流。在过去很长一段时间里，研究蚊子的寻主行为大多依赖两种并不完美的实验方式。一类实验会把蚊子轻轻固定在支架上，只能观察它振翅的频率和对气味的反应，根本无法记录它在空间里的真实飞行路线。另一类实验虽然让蚊子自由活动，但观测手段有限，科学家只能统计最后有多少蚊子飞向目标、停在哪个区域，却无法捕捉从远处开始、一步步飞向宿主的完整三维轨迹。

学界迫切需要研究一套可计算、可预测、可验证、可迁移的蚊子行为定量模型。这就是胡立德团队开展这项研究的发心。

要突破传统研究的局限，必须同时实现三件事：高精度的三维轨迹观测、贴近真实人居的实验环境、能够从海量数据中自动提取规律的数学建模方法。好在这时，具备计算科学背景的人员上场了。

麻省理工学院Jörn Dunkel团队一直致力于利用数学模型，描述和预测复杂生物系统的行为，如线虫如何解开纠缠、海星胚胎如何发育和游动，以及微生物如何随时间进化其群落结构。Dunkel刚好在佐治亚理工学院发表过一次演讲，试图应用类似的定量技术预测蚊子的飞行轨迹。胡立德便提出了合作，实验在美国亚特兰大州疾控中心开展。

Jörn Dunkel团队的博士后费沉毅收到了Zuo发来的邮件，邮件里还附上被蚊子叮咬的照片。费沉毅本科毕业于北京大学物理系，在普林斯顿取得计算生物学博士学位，目前在MIT担任博士后。

“我当时看到照片特别震惊，我觉得现在还有人做实验做到这个地步，不可思议”，费沉毅回忆，“加上我本来就是物理学、生物学、计算机多重学科交叉背景出身的，可以对生物进行物理建模，所以我就参与进来了。”

左：Christopher Zuo；右：费沉毅 | 图源：本人

用真人吸引蚊子

实验是这项研究最核心的关键步骤。团队专门搭建了一座5米深的梯形网箱实验舱，将环境温度恒定在28℃，空气湿度稳定在45%，最大程度还原日常居室的真实环境。

为了精确捕捉数据，团队使用的整套观测设备可以全方位追踪蚊子动向，精准记录蚊子每时每刻的飞行点位、飞行速度、飞行方向以及飞行状态变化。实验选用的都是羽化成熟3至5天的雌性埃及伊蚊。只有雌蚊会吸食血液来繁育后代，同时它也是各类蚊虫传播疾病的主要元凶。

蚊子围绕人类目标飞行的轨迹 | 图源：论文作者

一开始以肉身诱蚊的，正是Christopher Zuo。他在本科时就加入了胡立德的课题组。一方面，他跟随这个项目时间最长，熟悉如何开展实验，“我从本科就参与实验，喂蚊子三年了”；另一方面，因当时尚处于疫情期间，研究这种可传播疾病的虫媒比较敏感，Zuo的美籍华人身份更方便与疾控中心交涉沟通，预约场地与时间。当然，一定还有一股“我不入地狱谁入地狱”的牺牲精神。

其实早在20世纪80年代，科学家就进行过“叮咬”研究，脱掉衣服只穿内衣，裸露的身体可以避免衬衫面料、颜色等干扰变量。一开始，Zuo穿着网眼防护服，但首次实验，他就被叮了满身的包。好在，实验所用的蚊子是美国疾控中心自繁的，没有安全风险。之后，Zuo改穿经过无香型洗涤剂清洗的长袖衣物，戴好手套和口罩，全副武装，静静站立，任凭大群蚊子团团包围自己。

Zuo的母亲参加其硕士学位论文答辩时，胡立德询问她如何看待儿子以身诱蚊的行为。母亲表示，感到非常自豪。

“我现在出去开会，其他人都会同情地看着我，说我被蚊子咬得太可怜了！”Zuo笑道，“一开始是说我要在房间里当靶子10分钟，后来延长到20分钟，为了不干扰蚊子飞行，我一动不能动！”

Christopher Zuo与蚊子接触后的手臂 | 图源：本人

破译蚊子飞行公式

数学家总是善于将复杂问题简化至其本质。费沉毅指出Zuo的身体结构过于复杂，不如用简单的模型代替真人——黑色泡沫球和二氧化碳。

研究一共设计了四种对照实验：第一种是无干扰自由飞行实验，不给蚊子任何外界引诱，摸清它们最原始的飞行习惯与活动规律；第二种单一信号引诱实验，分别用高对比黑球充当视觉吸引物以及释放和人类平稳呼吸等量的二氧化碳气味，来测试两种信号的吸引力；第三种组合信号实验，同时搭配视觉目标与二氧化碳气味，高度模拟人体散发出来的核心吸引信号；第四种真人实景实验，由实验人员穿上不同颜色的衣服充当真实宿主，直观验证研究结论在真实生活场景中的实际效果。

为了保证数据的统计效力、可靠性与可重复性，团队累计开展了20组独立、平行的控制实验，最终记录下超过5300万个时空数据点、40万条有效蚊子飞行轨迹，数据规模与时空精度均远超此前同类研究。这些轨迹并非简单的位置点序列，而是包含时间戳、三维坐标、速度矢量、加速度矢量的完整动力学数据集，为后续建模提供了前所未有的高质量数据基础。

在获得海量高质量轨迹数据后，如何从中提炼出简洁、可解释、可预测、可泛化的动力学模型，成为研究最核心的挑战。

团队选择贝叶斯动力学推理作为核心数学框架。这套方法相当于把概率判断和物体运动规律融合在了一起，就像顺着蛛丝马迹复盘真相，专门从杂乱繁多的观测数据里，反向摸清蚊虫这类生物的飞行活动规律。

在蚊子飞行的研究中，它并不直接假设蚊子想飞往哪里，而是先建立一套包含多种物理可能性的动力学方程，再利用贝叶斯推断处理40万条真实飞行轨迹，自动识别出哪些环境信号。为避免研究模型过于繁杂，误将实验里的微小干扰当成真实行为规律，研究团队设定了精简筛选标准。优先选用结构简单、原理清晰、说服力强的简洁模型，再通过贝叶斯信息准则，从各类备选模型里筛选出最为合适的研究架构。

借助这套科学的数据研究方式，团队揭开了埃及伊蚊最原始的自然飞行特点。在身边没有任何吸引蚊虫的宿主信号时，蚊子主要呈现出两种特征鲜明、易于区分的飞行状态，分别是主动飞行模式与闲置飞行模式。

主动模式下，蚊子会保持每秒0.7米的平稳飞行速度，飞得较慢时就自主提速，速度过快便主动减速，专心四处探查周围环境。闲置模式下，蚊子不再刻意调控飞行速度，飞行姿态随性自然，整体飞行速度更低，飞行行程也更短。此时它们大多聚集在空间顶部区域，可能是做好了停留歇息的准备。

蚊子到底是怎么锁定人的

接下来的单一信号引诱实验和组合信号实验中，进一步验证了为什么蚊子“偏爱”人类。

单一刺激对照实验，分别提供纯视觉线索与纯二氧化碳线索 | 图源：论文

复合刺激实验，同时呈现视觉目标与二氧化碳气源 | 图源：论文

在单一信号对照实验中，经过数据训练的分析模型精准还原出答案：蚊子面对视觉信号与二氧化碳气味，演化出两套界限分明、各司其职的应对方式。

仅投放高对比黑色球体这类视觉信号时，蚊子会明显朝着目标方向靠拢，但它的视觉感知范围十分有限，最远仅能覆盖0.4米，这一距离也恰好对应蚊子视觉器官的感知极限。在可视范围内，蚊子会反复往返探查，主动靠近目标又随即远离，形成不断掠飞却不停留的状态。究其原因，是缺少气味、温度、湿度等关键信号支撑，蚊子即便发现视觉目标，也不会停下脚步准备叮咬。

而只释放二氧化碳气体时，蚊子无法精准辨别具体方向，不会径直朝气源飞去，只会在气味周边放慢飞行速度，频繁变换飞行姿态、随意调转方向，慢慢聚拢在气源0.3米的范围之内。这种漫无目的的聚集行为，是蚊子专属的搜寻策略，依靠气味锁定大致区域，耐心等候更近、更明确的宿主特征信号。

对比两组实验结果，不难发现蚊子的智慧：视觉信号承担中近距离精准定位的作用，二氧化碳气味则负责远距离唤醒蚊虫感知，完成区域聚拢，二者默契配合，助力蚊子寻找猎物。

当视觉目标与二氧化碳气味同时出现时，蚊子会切换成效率更高的搜寻模式。此时，蚊虫在目标周边的聚集数量远超单一信号环境，飞行速度稳定保持在0.5米每秒，始终围绕目标盘旋环绕，极少轻易离开。

经过专业实验验证，双重信号带来的吸引效果，并不是两种作用的简单叠加，而是形成了独特的感官联动效应。二氧化碳不只是独立的吸引源，还能大幅提升蚊子对视觉目标的敏感度与关注度，让蚊子更加坚定地贴近目标。

这一研究结论，也完美解开了日常疑惑：人类同时散发二氧化碳气息，又具备清晰的视觉特征，自然而然成为蚊子眼中最理想、最优先选择的叮咬目标。

人蚊大战即将落幕？

模型预测真实世界的能力，在真人对照实验中得到了最终验证。当Christopher Zuo戴着黑色帽子、穿着白色衣物时，蚊子的飞行轨迹高度集中在头部区域——这里既是高对比度深色视觉目标，又是人体二氧化碳释放最集中、最稳定的部位。

这意味着，这套从简化控制实验中学习而来的动力学模型，成功实现了向真实人类场景的可靠迁移，具备了直接服务于应用的潜力。

“有一次我去徒步，穿的深色的短袖，胳膊和腿上被叮了很多包，回来就开始后悔”，费沉毅吐槽说，“亏自己还是做蚊子研究的，为什么不穿浅色的衣服！”

值得一提的是，除了本研究实验中使用的埃及伊蚊，不同种类的蚊子具体怎么找到宿主的机制很不一样。有些蚊子基本上完全不靠视觉但可以探测热信号和湿度变化，有些蚊子对人体散发的气味有特殊嗜好等等。所以并不存在普适的“穿浅色衣服”这样的防蚊措施。

过去，人类对蚊子的理解，更像经验主义。知道它怕什么，喜欢什么，却不知道它到底如何“思考”。而这项研究第一次证明：蚊子的寻人过程，其实是一套可以被计算的导航算法。当人类开始能够预测：它会飞向哪里、会在何时减速、会被什么组合信号诱导，人类与蚊子的战争，才真正进入了“精准时代”。

更重要的是，这套“三维红外追踪+贝叶斯动力学学习”的研究范式，具有极强的可扩展性与可迁移性——既可以直接应用于按蚊、库蚊等其他重要病媒蚊子，也可以拓展到蜜蜂、蚂蚁、椋鸟、鱼类等集群或独居动物的行为研究，为整个动物行为定量研究领域提供了一套可复制、可推广的方法学模板。

参考资料

[1] https://news.mit.edu/2026/new-model-predicts-how-mosquitoes-will-fly-0318

[2] https://futurism.com/science-energy/mosquito-research-experiment[1]

[3] https://theconversation.com/hundreds-of-hungry-mosquitoes-a-student-volunteer-and-a-mesh-suit-helped-us-figure-out-how-these-deadly-insects-reach-their-targets-278486

[4] https://www.sohu.com/a/585327532_121124347