多倫多大學(xué)Temerty醫(yī)學(xué)院的分子遺傳學(xué)教授兼唐納利細(xì)胞和生物分子研究中心主任Derek van der Kooy是這項研究的首席研究員。秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）是范德庫伊實驗室進(jìn)行的神經(jīng)科學(xué)研究中使用的模型生物之一。他們的成果最近發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

“蠕蟲具有令人難以置信的嗅覺--這絕對是驚人的，”該論文的第一合著者、范德庫伊實驗室的一名新晉博士畢業(yè)生Daniel Merritt在上周的論文答辯后說。

【資料圖】

“它們可以檢測到非常廣泛的化合物，例如從土壤、水果、花朵、細(xì)菌中釋放的分子。他們甚至可以聞到爆炸物和病人尿液中的癌癥生物標(biāo)志物，”他說。

由于擁有大約1300個氣味受體，秀麗隱桿線蟲是嗅覺冠軍，它們的發(fā)現(xiàn)始于三十年前。與人類一樣，人類有大約400個受體，每個受體都專門用于感知一種類型的氣味，但這就是相似之處的結(jié)束。

我們的鼻子里有數(shù)百個感覺神經(jīng)元，每個神經(jīng)元只表達(dá)一種受體類型。當(dāng)氣味劑激活一個特定的神經(jīng)元時，信號沿著其長長的過程或軸突進(jìn)入大腦深處，在那里被感知為氣味。攜帶不同氣味信號的軸突電纜的物理分離使氣味辨別成為可能。

然而，這些蠕蟲只有32個嗅覺神經(jīng)元，這些神經(jīng)元容納了它們所有的1300個受體。

Merrit說：“很明顯，一個神經(jīng)元一種氣味的策略在這里是行不通的?！?/p>

然而，這些蠕蟲可以區(qū)分由同一神經(jīng)元感知的不同氣味。20世紀(jì)90年代初的開創(chuàng)性研究表明，當(dāng)暴露于兩種有吸引力的氣味時，其中一種是均勻存在的，另一種是局部的，蠕蟲會向后者爬去。但這種行為是如何在分子水平上被調(diào)節(jié)的仍然不清楚。

“似乎這個神經(jīng)元感應(yīng)到的所有信息都被壓縮成一個信號，然而蠕蟲卻能以某種方式分辨出上游成分之間的差異?！盡errit說：“這就是我們來到這里的原因?！?/p>

Merrit和前碩士生Isabel MacKay-Clackett也是這篇論文的第一作者之一，他們推斷，也許蠕蟲正在感知氣味的強(qiáng)度。

根據(jù)他們的假設(shè)，隨處可見的氣味并不是信息量最大的線索，而且會以某種方式變得不敏感，這意味著蠕蟲會忽略它們。這將留下弱的氣味，這些氣味可能對指導(dǎo)行為更有用，能夠激活它們的受體并引起信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

他們還對這一現(xiàn)象在分子水平上如何運(yùn)作有了預(yù)感。一種名為抑制蛋白的蛋白質(zhì)是一種公認(rèn)的所謂G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs）的脫敏劑，這是一個感知外部刺激的大型蛋白質(zhì)家族，氣味受體屬于該家族。例如，抑制蛋白通過抑制視網(wǎng)膜中光子感應(yīng)受體的信號傳遞，使我們能夠在強(qiáng)光下調(diào)整視覺。

該研究小組想知道，當(dāng)同一神經(jīng)元對較強(qiáng)的氣味有感覺時，抑制蛋白是否也會在蠕蟲中起到使較強(qiáng)的氣味受體脫敏的作用，而對較弱的氣味則有感覺。為了測試他們的假設(shè)，他們讓缺乏抑制蛋白基因的蠕蟲在培養(yǎng)皿中接觸兩種不同的誘人氣味。他們將一種氣味混合到瓊脂培養(yǎng)基中，使其均勻，并將蠕蟲放在上面。另一種氣味被放置在離蠕蟲有一定距離的一個地方。

沒有抑制蛋白，蠕蟲不再能夠找到較弱的氣味的來源。MacKay-Clackett說，就像人的眼睛在明亮的陽光下瞇著眼睛一樣，抑制蛋白有助于消除一種過強(qiáng)的感覺--在這種情況下是環(huán)境氣味--以便蠕蟲能夠感覺到局部的氣味并向它移動。