科学探索|科学家揭开蚊子如何闻到人类气味的神秘面纱科学家揭开蚊子如何闻到人类

在各种蚊子传播的疾病之间，最明显的是疟疾，每年有近一百万人的死亡可以追溯到简单的蚊子叮咬。因此，遏制蚊子和人类之间的致命吸引力是一个重要的公共卫生优先事项。不幸的是，迄今为止，试图通过干扰蚊子如何接收我们的气味来做到这一点的尝试已被证明是徒然的。

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现在，一项富有启发性的新科学研究解释了为什么蚊子的嗅觉如此难以被破坏。这项研究最近发表在《Cell》上，其揭示了一个极其复杂的嗅觉系统--能让埃及伊蚊专门猎杀人类并传播登革热、寨卡、基孔肯雅和黄热病等病毒。关于蚊子如何感知和解释气味的长期假设被该论文中提出的数据所颠覆。
“乍一看，蚊子的嗅觉是没有意义的，”洛克菲勒大学Robin Chemers Neustein教授和霍华德-休斯医学研究所的首席科学官Leslie Vosshall说道，“蚊子组织其嗅觉的方式完全出乎意料。但对蚊子来说，这是很有意义的。每一个解释气味的神经元都是冗余的，以至于嗅觉系统基本上是牢不可破的。这可能解释了为什么我们还没有找到打破蚊子迷恋人类的方法。”
违反嗅觉的规律
从昆虫到哺乳动物，科学家普遍认为大脑通过1:1:1的系统处理气味。每个嗅觉神经元表达一个气味受体从而跟一簇神经末梢--血管球沟通。在昆虫中，一个神经元-一个受体-一个肾上腺模型的证据之一是观察到许多物种的嗅觉受体跟肾上腺的数量几乎完全相同。果蝇拥有约60个受体和55个血管球；蜜蜂则有180个受体和160个血管球；烟草天峨分别有60个和70个。
研究表明，即使在进化遥远的生物体如苍蝇、小鼠甚至人类中也存在同样的、干净的1:1:1比例。并且尽管蚊子的受体数量是血管球的两倍，但Vosshall实验室之前的工作表明，它们也会遵守相同的嗅觉基本规律。论文共同第一作者Margaret Herre说道：“假设每个生物体都会以这种方式工作是合理的。”
跟味觉不同的是，一个负责检测苦味的细胞可能会表达许多苦味受体以确保苦味食物的味道一致，而1:1:1的嗅觉模型似乎是必要的。Herre说道：“这将使动物有能力生活在一个丰富的嗅觉空间中检测和区分大量的气味。”
但在研究埃及伊蚊如何闻到人类散发的独特的体味和二氧化碳花束时，沃斯霍尔实验室的前博士后、现为波士顿大学的助理教授Meg Younger有了一个惊人的发现。尽管1:1:1的规则决定了蚊子应该有一个神经元、受体和血管球来闻到体味并有一个单独的方案来闻到二氧化碳，但Younger跟Herre合作发现了个别气味神经元跟多个不同受体的证据。
进一步的调查产生了更令人困惑的结果。Vosshall说道：“几乎每个细胞都表达了所有的东西。蚊子的嗅觉系统应该是保持不变的，但在蚊子身上却完全混乱了。”研究论文联合第一作者livia Goldman是沃斯霍尔实验室的博士生，她进行的单核RNA测序证实了伊蚊的嗅觉系统与传统模型不同；体内电生理学则直接测量了蚊子的脑细胞活动，并证明这些细胞实际上是在检测多种气味分子--而这些都公然违反了嗅觉教条。
研究小组怀疑，跟小鼠和其他在许多不同地方寻找食物的通用物种不同，蚊子进化出一种独特的嗅觉系统，以此来帮助它们不惜一切代价追踪血食。对于不喝血就无法繁殖的埃及伊蚊来说，聚焦于嗅出人类的气味感应可能比检测大量气味的能力更重要。
与此同时，该系统的冗余和弹性可能解释了为什么之前试图敲除嗅觉的核心基因并没有阻止蚊子对人类的定位。“了解蚊子是如何定位人类的对于我们操纵这一系统并使人们不那么容易受到蚊子传播的疾病的影响至关重要。研究这个系统将帮助我们更好地理解为什么蚊子的嗅觉是如此牢不可破，”Goldman说道。