蚊子为啥“偏爱”人类？这与我们散发的两种气味有关
癸醛（decanal）和十一醛（undecanal）这两种气味物质能让人联想到橙皮，也因在香奈儿No5香水中的应用而被人们熟知。一项新的研究发现，这两种气味分子会帮助蚊子接近人类。
这项5月4日发表于《自然》（Nature）的研究表明，当雌性埃及伊蚊闻到人类气味时，它们脑内一种被称为“人类嗅小球（human glomerulus）”的独特通路会被激活。这些嗅小球对癸醛和十一醛特别敏感，而这两种分子是人体皮脂（产生于遍布我们皮肤的皮脂腺中的油性物质）的挥发性成分。
埃及伊蚊能够传播登革热、寨卡病毒和黄热病等疾病。这种昆虫比其他动物更喜欢人类的气味。未参与该项研究的瑞典隆德大学（Lund University）生物学家Marcus Stensmyr表示，“它们具有区分人类宿主和动物宿主的能力，但还不清楚其中涉及的气味分子和神经通路。作者设法探明了一个识别人体挥发物的特定神经回路，而当你向蚊子展示其他动物的气味时，这个神经回路不会被激活。这篇论文是一篇技术性的杰作。”
本文的通讯作者、美国普林斯顿大学（Princeton University）生态学、进化生物学和神经科学教授Carolyn McBride解释道，研究小组首先提出了这样一个疑问：“人类气味与动物相比究竟有哪些不同，能够让埃及伊蚊对我们更感兴趣？”通过使用CRISPR基因编辑，该团队构建了在嗅觉感觉神经元中表达钙指示剂GCaMP6f的蚊子。当神经元放电并且钙水平增加时，GCaMP6f就会被激活并发出荧光——这项技术在以前只能在小鼠等模式生物中实现。McBride表示，“这是我们第一次有机会问蚊子，‘你现在能感觉到什么？’”
随后，研究人员使用一种新方法将基因编辑后的蚊子暴露在人类、大鼠和绵羊的气味中，未参与此项研究的美国约翰斯霍普金斯大学医学院（Johns Hopkins University School of Medicine）的神经科学家Christopher Potter称这项新方法为“令人印象深刻的成就”。按照实验设计，几天没有洗澡的人类志愿者将躺在聚四氟乙烯袋子里，研究者会收集袋子里的空气，并通过几根微小的管道吹向蚊子。而动物的对比实验则是通过将活体动物放在玻璃室中，或者将毛发、毛皮和羊毛放入瓶子中，通过瓶子将空气泵向蚊子。Potter在电子邮件中写道：“该研究中一项关键的创新是开发了一种气味传递系统，通过该系统，研究人员可以精确且可重复地捕获人类和动物的复杂气味，然后将其传递给蚊子。这种新的气味传递系统还可以让研究人员用他们在现实生活中可能会遇到的气味浓度精确地刺激蚊子。”
人和动物散发的气味来自许多相同的化合物，但有些分子在人类气味中比在动物气味中更富集。以前人们认为，复杂的气味（例如人类发出的混合气味）会激活蚊子大脑中的许多不同的嗅觉处理中心或嗅小球，而动物气味会激活另一组和前者存在部分重叠的嗅小球。“我们认为区分人类和动物的唯一方法是（这些嗅觉神经元的）某种复杂的活动模式，这种模式一些神经元被更强烈地激活，而另一些则不太强烈，”McBride说道，并表示他们预计至少有五个不同群组的神经元可能参与其中。
令作者惊讶的是，不论是蚊子闻到人类，还是大鼠或绵羊的气味时，它们的嗅觉神经元成像都展示了一幅简单得多的图景。面对非人类动物时，有两个嗅小球被激活。面对人类气味时，一个人类特异性嗅小球和一个识别其他动物的嗅小球被激活。McBride说：“这让我们大吃一惊，因为我们真的没想到会这么简单。”
未参与这项研究的美国哥伦比亚大学（Columbia University）的生物学家Laura Duvall在一封电子邮件中告诉The Scientist，“这篇论文做出了一个惊人的发现，即使气味是复杂的混合物，埃及伊蚊也可以使用简单的神经代码来区分它们的首选宿主（人类）和其他动物。”
接下来，研究人员深入研究以确定蚊子的人类特异性嗅小球对哪些化合物有反应。一组突出的化合物是醛类，它们不仅在人类和动物的气味中含量很高，在植物和土壤散发的气味中也很丰富。McBride表示，“论文作者确定了动物气味包含较多的短链醛，而人类散发的气味中则有更多长链醛。”
实验结果表明，长链碳醛类癸醛和十一醛在生理浓度下可强烈激活蚊子的人类特异性嗅小球，而针对人类和动物都有反应的嗅小球则对一系列化合物均有反应。
研究人员还发现，闻到癸醛（可激活人类特异性嗅小球）和1-己醇（可激活人类和动物嗅小球）混合物的蚊子会逆风飞行以寻找源头。“重要的是，他们还证明这些成分与蚊子的行为具有相关性——蚊子会跟踪二种人工合成的气味剂的混合物，就像它们对完整的人类气味的反应一样。”Duvall指出。
癸醛和十一醛可能来自我们的皮脂。皮脂是一种油性物质，与汗水不同，不论是否有身体活动，它都会从毛囊中分泌出来。未参与这项研究的美国佛罗里达国际大学（Florida International University）媒介传播疾病研究员Matthew DeGennaro通过电子邮件表示：“寻找皮脂在吸引蚊子中所发挥的作用是一个全新的研究。以往的研究大部分都聚焦于人体汗液成分，例如乳酸或人体皮肤微生物组如何将汗液和皮脂加工成我们独特的气味。”
他还表示，虽然基因编辑后的蚊子让研究人员能够观察嗅觉感受器的反应，但其他可能在感应人类过程中发挥作用的神经元没有被成像，例如埃及伊蚊体内一种“能够探测乳酸和其他酸性人类气味的Ir8a受体可能在这其中发挥作用……乳酸是人体汗液中的一种成分，它与二氧化碳结合会吸引蚊子，而已知能做到这一点的气味并不多。”Potter表示，“目前尚不清楚这些受体在区分非人类动物和人类方面发挥的作用。”
McBride承认，在癸醛和十一醛浓度之外，会有其他信号在蚊子非常靠近人类，并且做出是否降落在潜在受害者身上的决定时发挥作用。在风洞中进行的实验模拟了蚊子距离人类一两米时，它如何确定飞到哪里。“我们不认为这就是研究的尾声：这不是他们识别人类的唯一方式，但我们认为这是最重要的部分之一。”
在未来的工作中，Duvall说她希望看到研究人员将埃及伊蚊与专门叮咬其他动物的蚊子进行比较，以此来探究这些不同种类的蚊子是否使用相同类型的嗅觉编码来区分它们的首选宿主，或者弄清楚它们的宿主偏好是否由不同的机制介导。
这项研究的一个潜在应用是设计新的蚊子引诱剂和驱虫剂。Potter表示：“这项研究可推动‘超级’引诱剂的产生，让蚊子闻到比人类更有吸引力的气味，将它从人类身边引开。”当与杀虫剂结合使用时，这种引诱剂可以减少蚊子数量。然而，McBride指出还需要更多的研究，“我们现在可以确定的是，如果你想设计一种对这些蚊子真正有吸引力的混合物，你应该至少加入一点癸醛或十一醛。”同时他表示，新的神经成像技术可能是筛选其他能抑制或激活这些神经元的化合物的一大步，“它为设计更好的驱虫剂和引诱剂打开了大门。”
撰文：Sophie Fessl
翻译：石思倩
审校：魏潇
引进来源：the-scientist
本文来自：中国数字科技馆
