Nature：揭示蚊子识别人类气味的神经机制
世界上大多数蚊子都是机会主义者，愿意从附近的任何地方吸血。但是在一些地区，携带寨卡病毒、登革热病毒和黄热病病毒的蚊子---埃及伊蚊（Aedes aegypti）---已经进化到几乎只叮咬人类。但是，为了成功地成为一种专门的吸血者，只依靠一种物种---人类---来生存，它们必须进化出令人难以置信的精确定位策略。它们是如何做到的呢？
普林斯顿大学生态学与进化生物学助理教授Carolyn McBride说，“我们开始尝试了解这些蚊子如何区分人类和动物的气味，包括它们如何对人类气味发出提示，以及它们大脑的哪个部分允许它们发出提示。”
经过多年专心致志的研究工作和克服了一系列科学和技术挑战，McBride及其团队在一项新的研究中针对这个问题，给出了答案。相关研究结果于2022年5月4日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Mosquito brains encode unique features of human odour to drive host seeking”。
McBride描述了他们以蚊子为中心的方法：“我们有点像是潜入蚊子的大脑，问：‘你能闻到什么？是什么点亮了你的大脑？是什么在激活你的神经元？当你闻到人类的气味和动物的气味时，你的大脑是如何被激活的？’”
论文第一作者、当时的普林斯顿大学研究生Zhilei Zhao开创了他们的新方法：以非常高的分辨率对蚊子的大脑进行成像，观察蚊子如何识别它的下一个受害者。为了做到这一点，他必须首先对蚊子进行基因改造，使它的大脑在活动时亮起，然后这些作者必须以蚊子在他们定制的成像设备内能够检测到的方式递送含有人类和动物气味的空气。
人类的气味由几十种不同的化合物组成，而这些相同的化合物，以略微不同的比例，存在于大多数哺乳动物的气味中。这些化合物本身对蚊子都没有吸引力，因此挑战在于确定蚊子用来识别人类气味的确切混合成分。
这些作者得出结论：两种化合物---癸醛（decanal）和十一醛（undecanal）---富含于人类的气味中。他们为一种以癸醛为特征的混合物申请了ZL，他们希望这种混合物能够成为吸引蚊子进入致命陷阱的诱饵，或者成为中断蚊子传递人体气味信号的驱蚊剂。
为了提供用于测试的对比哺乳动物，研究生Jessica Zung与前研究专家Alexis Kriete和Azwad Iqbal合作，收集毛发、皮毛和羊毛样本。在这篇论文中，McBride团队使用了来自16个人、两只大鼠、两只豚鼠、两只鹌鹑、一只羊和四只狗的气味。位于新泽西州霍普韦尔的豪威尔生活历史农场（Howell Living History Farm）在它的春季剪羊毛中捐赠了几根羊毛；对于另一种被驯养的哺乳动物，Zung去了一家PetSmart美容院，从最近梳理过的宠物狗身上收集修剪过的毛发。
Zung说，“对于人类样本，我们有一群伟大的志愿者。我们让他们几天不洗澡，然后脱光衣服，躺在特氟隆袋（Teflon bag）中。为什么是裸体？因为棉花、聚酯和其他衣物纤维有自己的气味，会扭曲人类气味数据。”
一旦他们克服了技术上的挑战---无损地提取人类和动物的气味，设计一种允许他们在成像设备中向蚊子喷出人类气味的系统，构建了一个风洞来测试简单的混合物或单一化合物，并培育出能够对设备做出反应的蚊子品种，他们随后开始收集数据。非常惊人的数据。
在这项研究之前，科学家们推测，蚊子的大脑一定有一种复杂、精密的技术来区分人类和其他动物。事实证明，情况恰恰相反。
McBride说，“这种简单性让我们感到惊讶。尽管人类的气味很复杂，而且其中并没有任何一种人类特有的化合物，但蚊子已经进化出一种令人惊讶的简单机制来识别我们。对我来说，这是一个进化的故事：如果我们构建出一种统计测试方法来区分人类的气味，它将是非常复杂的，但蚊子做了一些非常简单的事情，当涉及到进化时，简单通常是非常有效的。”
换句话说，在进化的过程中，简单的解决方案往往能孕育出真正的解决方案。
蚊子的大脑有60个称为小球体（glomeruli）的神经中枢。McBride团队曾假设，许多小球体---甚至可能是大多数小球体---会参与帮助这些依赖人类的蚊子找到它们最喜欢的食物。
Zhao说，“当我第一次看到大脑活动时，我无法相信，只有两个小球体参与其中。这与我们预期的一切相矛盾，所以我重复了几次实验，用更多的人、更多的动物。我简直无法相信这一点。它是如此简单。”
在这两个神经中枢中，一个对包括人类气味在内的许多气味作出反应，基本上是说：“嘿，看，附近有一些有趣的东西，你应该去看看”，而另一个则只对人类作出反应。McBride团队表示，拥有两个神经中枢可能有助于蚊子找到它们的目标。
McBride说，这是该项目中最大的“顿悟”时刻之一。“Zhao花了几年时间才得到他需要的转基因蚊子，然后我们发现我们没有一种传递人类气味的好方法。因此，我们又花了一两年的时间，想出了一些想法，试图找出如何以一种足够受控的方式传递足够的人类气味，以观察反应。然后，我们第一次尝试了我们在这篇论文中描述的这种新技术---这种传递气味的新方法，他真地观察到了蚊子的大脑作出反应。这真是不可思议。”
Zung指出，通过确定蚊子用来探测人类气味的小球体，并确定它们探测的是癸醛和十一醛，他们对他们的问题有了一个优雅而直接的答案。
她说，“如果这纯粹是一篇神经成像论文，那么还会有一些问题。如果这是一篇纯粹的气味分析论文，仍然会有未解答的问题。哪怕是一篇纯粹的行为学论文，也是如此。但是这个研究项目的一个真正的优势是，我们能够引入如此多不同的方法和如此多人的专业知识。McBride实在是太了不起了，她愿意了解并投资于所有这些不同的方法。”
Zhao赞同道，“这整个研究项目是令人难以置信的合作。我们处理了这么多的证据，而这些证据现在已经融合成一个连贯的故事，这需要如此多不同的专业知识。”
