蚊群动态的双稳态现象：交配行为与替代血源对种群丰度及恢复力的调控机制

《The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery》：Mating versus alternative blood sources as determinants to mosquito abundance and population resilience

这篇研究通过建立非线性常微分方程模型（ODE），创新性地揭示了交配行为如何诱导蚊群动态产生双稳态现象（bistability）——即局部稳定的零平衡点与非零平衡点共存，并伴随不稳定平衡态。模型将蚊群按空间分布（繁殖地、栖息地、觅食地）和血食状态分区，首次量化了交配限制（mating limitation）与替代血源（non-human blood）对种群阈值参数B的影响，为靶向蚊虫发育关键节点（如雌蚊受精过渡期FB→B）的防控策略提供了理论依据。

　　

Highlight

交配与替代血源作为蚊群丰度及种群恢复力的决定因素

模型推导、基本性质与分析

本节通过非线性常微分方程构建了蚊群动态的区室模型。蚊子可同时从人类和非人类脊椎动物获取血源，模型涵盖水生（aquatic）和陆生（terrestrial）阶段，并首次引入交配对种群影响的机制。基于"血食偏好（blood-feeding preference）和生殖营养周期（gonotrophic cycle）决定混合模式"的假设，模型将蚊群按空间分布（繁殖地、休息区、觅食区）和血食状态分区，同时考虑了水生与陆生阶段的种内竞争（intraspecific competition）。

数值模拟

1. 1.

   0 < B < 1：系统仅存在零平衡点，数值模拟表明此时零平衡点全局渐近稳定。

2. 2.

   B > 1：两个非零平衡点与零平衡点共存，形成双稳态（bistability）。这种状态与种群生物学中的Allee效应（Allee effect）高度相似——初始种群规模将决定系统最终趋向灭绝或持续生存。

交配与替代觅食地的影响

早期模型（如Ghakanyuy等2022年研究）中，基本后代数R（basic offspring number）是决定平衡点稳定性的唯一阈值参数。而本模型证明：当引入交配限制后，即使R>1，若雌蚊受精率不足，种群仍可能崩溃。通过对比有无替代血源的场景，发现替代血源能显著提升种群恢复力（resilience），但交配成功率才是触发双稳态的核心开关。

讨论与结论

本研究首次通过数学模型揭示：蚊群动态中存在由交配效率主导的"临界密度阈值"。当初始种群低于该阈值时，即使环境资源充足，种群仍会因受精失败而灭绝（类似"单身蚊末日"现象）。这一发现为精准灭蚊提供了新思路——在繁殖季初期针对性降低雌蚊受精率，可能比传统杀虫更有效。