Mean daily temperatures predict the thermal limits of malaria transmission better than hourly rate summation：揭示疟疾传播热限预测新方向

为解决现有预测疟疾传播模型中温度处理方式的准确性问题，研究人员开展了关于日温度波动对疟疾传播热适宜性影响的研究。结果表明日温度波动显著改变蚊子性状热响应，速率求和法预测不准确，恒定温度模型预测热限更优。该研究为疟疾传播风险预测提供了新依据。

　　疟疾，这个全球公共卫生领域的 “顽固敌人”，每年都给人类带来沉重的负担。在 2022 年，全球竟有 24900 万例疟疾病例，58 万人不幸丧生，其中大部分是五岁以下的儿童 ，非洲更是重灾区，病例占比高达 94%。随着全球气候变暖和土地利用变化，疟疾的传播环境也在不断改变，适宜传播的时间和地区都发生了变化。以往的研究大多聚焦于恒定温度对蚊子和病原体的影响，然而蚊子在自然环境中面临的是波动的温度。目前用于预测疟疾传播的模型，常采用在恒定温度下测量的蚊子和病原体热响应数据，其中 “速率求和（RS）” 这种非线性平均法虽被广泛应用，但它的准确性却很少得到验证。在这样的背景下，来自多个研究机构的科研人员开展了深入研究，该研究成果发表在《Nature Communications》上。

研究人员为了探究实际相关的日温度波动对成年蚊子生活史性状的影响，以及速率求和法能否准确预测这些影响，还有不同温度 - 性状关系对预测疟疾传播热适宜性的影响，进行了一系列实验和建模分析。他们以城市疟疾的重要传播媒介 —— 斯蒂芬按蚊（Anopheles stephensi）为研究对象，测量了在不同日温度范围（0、9 和 12°C）下，影响疟疾传播的三个关键性状：每日雌蚊叮咬率（a）、终生产卵量（B）和寿命（lf）。同时，结合其他已有的实验数据，构建了基于标准基本再生数（R0）推导的疟疾传播热适宜性模型S(T) ，并生成了五个版本的模型，分别用不同温度波动条件下的热性能曲线（TPCs）或通过速率求和法计算的 TPCs 进行参数化。

在研究方法上，研究人员首先对斯蒂芬按蚊进行饲养，在标准昆虫饲养条件下孵化幼虫，待其发育为成虫后进行实验。实验设计方面，他们采用类似前人的实验设计，在不同温度条件下开展实验，恒定温度实验设置了六个温度（16°C、20°C、24°C、28°C、32°C 和 36°C），波动温度实验则围绕五个平均温度（16°C、20°C、24°C、28°C、32°C）设置了日温度范围为 9°C 或 12°C 的处理组 。实验中，研究人员通过让蚊子吸血、观察产卵等方式获取数据。之后，利用贝叶斯框架拟合二次或 Brière 函数来生成 TPCs，通过比较偏差信息准则（DIC）选择最佳拟合函数。利用速率求和法，结合恒定温度下的 TPCs 计算预测性状值。根据前人研究，采用修正的相对病原体基本再生数来预测热适宜性S(T) 。最后，通过偏导数法、固定单性状法和计算最高后验密度区间（HPD）进行敏感性和不确定性分析，并利用全球网格化温度数据进行热适宜性预测的制图分析。

研究结果如下：

1. 日波动改变蚊子性状的热响应：三个关键性状对平均温度响应强烈。波动温度显著改变了每个性状的 TPCs，导致热最适温度（Topt）、热最高温度（Tmax）和热宽度（Tbreadth）下降，且绝对性能在热最适温度和更高温度下降低。例如，叮咬率在波动温度下的Topt比恒定温度下低 1.2 - 4.2°C，Tmax低 2.5 - 5.2°C 。
2. 速率求和法无法准确预测波动环境中的热响应：速率求和法总体上无法准确预测性状表现。它虽能预测部分性状在温度梯度中间部分性能下降，但幅度不准确，且错误预测了热极限附近的性能变化，高估了Tmax、Topt和热宽度，也无法准确预测绝对性状表现。
3. 日温度波动影响传播适宜性预测：波动温度降低了在较高温度下的传播适宜性预测值。与基于经验波动数据的模型相比，速率求和法模型对Topt、Tmax和热宽度的预测变化较小，高估了热最适温度附近及以上的适宜性。在确定适宜性关键特征和驱动不确定性方面，不同模型中各性状的作用不同。
4. 映射预测传播适宜性：通过地图可视化不同模型预测的传播适宜性，发现恒定温度模型和经验波动模型预测结果较为相似，而速率求和法模型预测的传播季节更长，地理区域更广泛，且在不同适宜性阈值下，不同模型预测的适宜区域存在差异。

研究结论和讨论部分指出，日温度波动对蚊子传播疟疾的关键性状有重要影响，速率求和法在预测这些性状的热响应时存在局限性，而基于恒定温度条件下的热响应在预测疟疾传播热限方面可能更具优势。然而，目前的研究也存在一些局限性，如部分参数为估计值、实验使用实验室适应菌株等。该研究强调了在预测病媒传播疾病热适宜性时，需要改进温度波动生理效应的估计方法，同时未来研究应继续探索生物在波动温度环境中的响应，整合不同生物尺度的现象，研究其他环境因素和遗传变异的影响。这项研究为疟疾传播风险预测提供了新的思路和方法，对制定更有效的疟疾防控策略具有重要意义。