解开蚊子如何闻到人类的神秘面纱

在疟疾和其他蚊媒疾病之间，每年有近100万人的死亡可以追溯到简单的蚊虫叮咬。遏制蚊子与人类之间的致命吸引力是一项重要的公共卫生优先事项。尽管如此，它试图通过干扰蚊子如何吸收我们的气味来做到这一点，但事实证明这是徒劳的。

现在，一项新的研究解释了为什么蚊子的嗅觉如此难以破坏。这项发表在《细胞》杂志上的研究揭示了一种极其复杂的嗅觉系统，使埃及伊蚊能够专门捕猎人类并传播登革热、寨卡、基孔肯雅热和黄热病等病毒。该论文提供的数据颠覆了长期以来关于蚊子如何感知和解释气味的假设。

“乍一看，蚊子的嗅觉毫无意义。蚊子组织嗅觉的方式是完全出乎意料的，“洛克菲勒大学Robin Chemers Neusstein教授兼霍华德休斯医学研究所首席科学官Leslie Vosshall说。“但对于蚊子来说，这是完全有道理的。每个解释嗅觉的神经元都是多余的，因此嗅觉系统基本上是牢不可破的。这也许可以解释为什么我们还没有找到一种方法来打破蚊子对人类的吸引力。

违反嗅觉法则

科学家认为，大脑通过从昆虫到哺乳动物的1：1：1系统处理气味。每个嗅觉神经元表达一个气味受体，该气味受体与一簇神经末梢(称为肾小球)相通。在昆虫中单神经元一受体一肾小球模型的证据之一是观察到许多物种具有与肾小球几乎完全相同数量的嗅觉受体。果蝇有大约 60 个受体和 55 个肾小球;蜜蜂，180：160;烟草角虫，60：70。

研究表明，即使是进化上相距遥远的生物，如苍蝇、老鼠，甚至人类，也存在相同的、干净的 1：1：1 比例。尽管蚊子的受体是肾小球的两倍，但Vosshall 实验室的先前研究表明，它们也会遵守相同的嗅觉基本规律。“假设每个生物体都会以这种方式工作是合理的，”共同第一作者Margaret Herre说。

与味觉不同 - 其中负责检测苦味的一个细胞可能表达许多苦味受体以确保苦味食物味道均匀苦涩 - 气味的1：1：1模型似乎是必要的，因为它是通用的。“这将使动物能够生活在丰富的嗅觉空间中，检测和区分各种气味，”Herre说。

但是，在研究埃及伊蚊如何闻到人类散发的独特体味和二氧化碳时，沃歇尔实验室的前博士后、现任波士顿大学助理教授梅格·杨格(Meg Younger)做出了一个令人惊讶的发现。尽管1：1：1规则规定蚊子应该有一个神经元，受体和肾小球来闻体味，以及单独的二氧化碳方案，但与Herre合作的Younger发现了具有多种不同受体的个体气味神经元的证据。

进一步的调查产生了更令人困惑的结果。“那是一片泥潭，一列火车残骸，”沃歇尔说。“几乎每个细胞都表达了一切。所谓的呆在车道上的嗅觉系统在蚊子中完全混乱了。由共同第一作者、Vosshall实验室的博士生Olivia Goldman进行的单核RNA测序证实，伊蚊嗅觉系统与传统模型不同;体内电生理学直接测量蚊子的脑细胞活动，证明这些细胞实际上检测到多种气味分子 - 所有这些都公然违反了嗅觉教条。

研究小组怀疑，与在许多不同的地方寻找食物的老鼠和其他多面手物种不同，蚊子进化出一种独特的嗅觉系统，以帮助它们不惜一切代价追踪血餐。对于不喝血就无法繁殖的埃及伊蚊来说，激光聚焦于嗅出人类的气味传感可能比检测聚宝盆气味的能力更重要。

与此同时，该系统的冗余性和弹性可以解释为什么先前敲除嗅觉核心基因的尝试并没有阻止蚊子在人类身上归巢。“了解蚊子如何定位人类对于我们操纵这个系统的能力至关重要，使人们不那么容易受到蚊媒疾病的影响，”戈德曼说。“研究这个系统将有助于我们更好地理解为什么蚊子的嗅觉如此牢不可破。

超越教条的发展

大约在Voshall对她的发现感到困惑的同时，由约翰霍普金斯大学的Christopher Potter领导的一组科学家在果蝇中观察到了类似的混乱气味感应模式。曾经是昆虫嗅觉的教条开始迅速瓦解。但是，Vosshall先前的研究有助于建立传统的昆虫嗅觉模型，他并不担心。

“我觉得这很令人兴奋，”她说。“这意味着我早期的工作错过了这种复杂性，它表明科学的进步向真理倾斜。

Vosshall 指出，另一项研究更早地记录了果蝇中非常规气味编码的证据，但作者将他们的发现视为随机噪声，并得出了不可能的结论，即他们的数据支持而不是推翻了传统模型。

“教条是有用的，但有问题，”沃歇尔说。“当你发现一些不寻常的事情时，可能很难说出来，因为你的第一直觉是假设你的实验没有奏效，这只是噪音。我们的发现应该激励人们，如果他们看到什么，说些什么。

就目前而言，“坏消息是，打破蚊子对人类的吸引力可能是不可能的，”Voshall说，引用了嗅觉系统的绝对弹性。然而，好消息是，这些结果为科学家提供了一个机会，可以超越老鼠和果蝇，重新研究其他不太知名的生物如何感知气味。

“那里比每个人都研究的物种更多，”Voshall说。“我们想知道：蜱虫有传统的嗅觉吗?蜜蜂呢?研究非模式生物的系统是令人兴奋的，并发现我们最喜欢的原则并不总是适用。

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