現(xiàn)在，一項(xiàng)富有啟發(fā)性的新科學(xué)研究解釋了為什么蚊子的嗅覺如此難以被破壞。這項(xiàng)研究最近發(fā)表在《Cell》上，其揭示了一個(gè)極其復(fù)雜的嗅覺系統(tǒng)--能讓埃及伊蚊專門獵殺人類并傳播登革熱、寨卡、基孔肯雅和黃熱病等病毒。關(guān)于蚊子如何感知和解釋氣味的長期假設(shè)被該論文中提出的數(shù)據(jù)所顛覆。

“乍一看，蚊子的嗅覺是沒有意義的，”洛克菲勒大學(xué)Robin Chemers Neustein教授和霍華德-休斯醫(yī)學(xué)研究所的首席科學(xué)官Leslie Vosshall說道，“蚊子組織其嗅覺的方式完全出乎意料。但對蚊子來說，這是很有意義的。每一個(gè)解釋氣味的神經(jīng)元都是冗余的，以至于嗅覺系統(tǒng)基本上是牢不可破的。這可能解釋了為什么我們還沒有找到打破蚊子迷戀人類的方法?！?/p>

違反嗅覺的規(guī)律

(資料圖片)

從昆蟲到哺乳動(dòng)物，科學(xué)家普遍認(rèn)為大腦通過1:1:1的系統(tǒng)處理氣味。每個(gè)嗅覺神經(jīng)元表達(dá)一個(gè)氣味受體從而跟一簇神經(jīng)末梢--血管球溝通。在昆蟲中，一個(gè)神經(jīng)元-一個(gè)受體-一個(gè)腎上腺模型的證據(jù)之一是觀察到許多物種的嗅覺受體跟腎上腺的數(shù)量幾乎完全相同。果蠅擁有約60個(gè)受體和55個(gè)血管球；蜜蜂則有180個(gè)受體和160個(gè)血管球；煙草天峨分別有60個(gè)和70個(gè)。

研究表明，即使在進(jìn)化遙遠(yuǎn)的生物體如蒼蠅、小鼠甚至人類中也存在同樣的、干凈的1:1:1比例。并且盡管蚊子的受體數(shù)量是血管球的兩倍，但Vosshall實(shí)驗(yàn)室之前的工作表明，它們也會遵守相同的嗅覺基本規(guī)律。論文共同第一作者M(jìn)argaret Herre說道：“假設(shè)每個(gè)生物體都會以這種方式工作是合理的。”

跟味覺不同的是，一個(gè)負(fù)責(zé)檢測苦味的細(xì)胞可能會表達(dá)許多苦味受體以確?？辔妒澄锏奈兜酪恢拢?:1:1的嗅覺模型似乎是必要的。Herre說道：“這將使動(dòng)物有能力生活在一個(gè)豐富的嗅覺空間中檢測和區(qū)分大量的氣味?！?/p>

但在研究埃及伊蚊如何聞到人類散發(fā)的獨(dú)特的體味和二氧化碳花束時(shí)，沃斯霍爾實(shí)驗(yàn)室的前博士后、現(xiàn)為波士頓大學(xué)的助理教授Meg Younger有了一個(gè)驚人的發(fā)現(xiàn)。盡管1:1:1的規(guī)則決定了蚊子應(yīng)該有一個(gè)神經(jīng)元、受體和血管球來聞到體味并有一個(gè)單獨(dú)的方案來聞到二氧化碳，但Younger跟Herre合作發(fā)現(xiàn)了個(gè)別氣味神經(jīng)元跟多個(gè)不同受體的證據(jù)。

進(jìn)一步的調(diào)查產(chǎn)生了更令人困惑的結(jié)果。Vosshall說道：“幾乎每個(gè)細(xì)胞都表達(dá)了所有的東西。蚊子的嗅覺系統(tǒng)應(yīng)該是保持不變的，但在蚊子身上卻完全混亂了?！毖芯空撐穆?lián)合第一作者livia Goldman是沃斯霍爾實(shí)驗(yàn)室的博士生，她進(jìn)行的單核RNA測序證實(shí)了伊蚊的嗅覺系統(tǒng)與傳統(tǒng)模型不同；體內(nèi)電生理學(xué)則直接測量了蚊子的腦細(xì)胞活動(dòng)，并證明這些細(xì)胞實(shí)際上是在檢測多種氣味分子--而這些都公然違反了嗅覺教條。

研究小組懷疑，跟小鼠和其他在許多不同地方尋找食物的通用物種不同，蚊子進(jìn)化出一種獨(dú)特的嗅覺系統(tǒng)，以此來幫助它們不惜一切代價(jià)追蹤血食。對于不喝血就無法繁殖的埃及伊蚊來說，聚焦于嗅出人類的氣味感應(yīng)可能比檢測大量氣味的能力更重要。

與此同時(shí)，該系統(tǒng)的冗余和彈性可能解釋了為什么之前試圖敲除嗅覺的核心基因并沒有阻止蚊子對人類的定位?！傲私馕米邮侨绾味ㄎ蝗祟惖膶τ谖覀儾倏v這一系統(tǒng)并使人們不那么容易受到蚊子傳播的疾病的影響至關(guān)重要。研究這個(gè)系統(tǒng)將幫助我們更好地理解為什么蚊子的嗅覺是如此牢不可破，”Goldman說道。

超越教條的發(fā)展

就在Vosshall對她的發(fā)現(xiàn)感到困惑的同時(shí)，由約翰霍普金斯大學(xué)的Christopher Potter領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)家小組在果蠅中觀察到了類似的雜亂的氣味感應(yīng)模式。曾在昆蟲嗅覺方面的教條開始迅速解開。但Vosshall--其先前的研究在建立昆蟲嗅覺的傳統(tǒng)模型方面發(fā)揮了重要作用--對此卻毫不畏懼。“我覺得這很令人興奮。這意味著我的早期工作錯(cuò)過了這種復(fù)雜性，它表明科學(xué)的進(jìn)步是向真理彎曲的。”

Vosshall指出，另一項(xiàng)研究甚至更早地記錄了果蠅中非常規(guī)氣味編碼的證據(jù)，但研究人員們將他們的發(fā)現(xiàn)視為隨機(jī)噪音，另外還不恰當(dāng)?shù)氐贸鼋Y(jié)論--他們的數(shù)據(jù)支持而不是推翻了傳統(tǒng)模型。

“教條是有用的，但也是有問題的，”Vosshall說道，“當(dāng)你發(fā)現(xiàn)一些不尋常的東西時(shí)可能很難說出來，因?yàn)槟愕牡谝恢庇X是認(rèn)為你的實(shí)驗(yàn)沒有成功，這只是噪音。我們的發(fā)現(xiàn)應(yīng)該激勵(lì)人們，如果他們看到了什么，就說出來?！?/p>

就目前而言，“壞消息是，要打破蚊子對人類的迷戀可能是不可能的，”Vosshall說道。他引用了蚊子嗅覺系統(tǒng)的純粹彈性。然而，好消息是，這些結(jié)果為科學(xué)家們提供了一個(gè)機(jī)會--使他們能夠超越小鼠和果蠅并重新審視其他不太出名的生物體如何感知?dú)馕丁?/p>

“除了大家研究的物種之外，還有更多的物種。我們想知道：蜱蟲有常規(guī)的嗅覺嗎？還有蜜蜂呢？研究非模型生物體的系統(tǒng)并發(fā)現(xiàn)我們最喜歡的原則并不總是適用，這很令人興奮，”Vosshall說道。