蚊子為啥“偏愛”人類？這與我們散發(fā)的兩種氣味有關

癸醛（decanal）和十一醛（undecanal）這兩種氣味物質(zhì)能讓人聯(lián)想到橙皮，也因在香奈兒No°5香水中的應用而被人們熟知。一項新的研究發(fā)現(xiàn)，這兩種氣味分子會幫助蚊子接近人類。

這項5月4日發(fā)表于《自然》（Nature）的研究表明，當雌性埃及伊蚊聞到人類氣味時，它們腦內(nèi)一種被稱為“人類嗅小球（human glomerulus）”的獨特通路會被激活。這些嗅小球?qū)锶┖褪蝗┨貏e敏感，而這兩種分子是人體皮脂（產(chǎn)生于遍布我們皮膚的皮脂腺中的油性物質(zhì)）的揮發(fā)性成分。

埃及伊蚊能夠傳播登革熱、寨卡病毒和黃熱病等疾病。這種昆蟲比其他動物更喜歡人類的氣味。未參與該項研究的瑞典隆德大學（Lund University）生物學家Marcus Stensmyr表示，“它們具有區(qū)分人類宿主和動物宿主的能力，但還不清楚其中涉及的氣味分子和神經(jīng)通路。作者設法探明了一個識別人體揮發(fā)物的特定神經(jīng)回路，而當你向蚊子展示其他動物的氣味時，這個神經(jīng)回路不會被激活。這篇論文是一篇技術性的杰作。”

本文的通訊作者、美國普林斯頓大學（Princeton University）生態(tài)學、進化生物學和神經(jīng)科學教授Carolyn McBride解釋道，研究小組首先提出了這樣一個疑問：“人類氣味與動物相比究竟有哪些不同，能夠讓埃及伊蚊對我們更感興趣？”通過使用CRISPR基因編輯，該團隊構建了在嗅覺感覺神經(jīng)元中表達鈣指示劑GCaMP6f的蚊子。當神經(jīng)元放電并且鈣水平增加時，GCaMP6f就會被激活并發(fā)出熒光——這項技術在以前只能在小鼠等模式生物中實現(xiàn)。McBride表示，“這是我們第一次有機會問蚊子，‘你現(xiàn)在能感覺到什么？’”

隨后，研究人員使用一種新方法將基因編輯后的蚊子暴露在人類、大鼠和綿羊的氣味中，未參與此項研究的美國約翰斯·霍普金斯大學醫(yī)學院（Johns Hopkins University School of Medicine）的神經(jīng)科學家Christopher Potter稱這項新方法為“令人印象深刻的成就”。按照實驗設計，幾天沒有洗澡的人類志愿者將躺在聚四氟乙烯袋子里，研究者會收集袋子里的空氣，并通過幾根微小的管道吹向蚊子。而動物的對比實驗則是通過將活體動物放在玻璃室中，或者將毛發(fā)、毛皮和羊毛放入瓶子中，通過瓶子將空氣泵向蚊子。Potter在電子郵件中寫道：“該研究中一項關鍵的創(chuàng)新是開發(fā)了一種氣味傳遞系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)，研究人員可以精確且可重復地捕獲人類和動物的復雜氣味，然后將其傳遞給蚊子。這種新的氣味傳遞系統(tǒng)還可以讓研究人員用他們在現(xiàn)實生活中可能會遇到的氣味濃度精確地刺激蚊子。”

人和動物散發(fā)的氣味來自許多相同的化合物，但有些分子在人類氣味中比在動物氣味中更富集。以前人們認為，復雜的氣味（例如人類發(fā)出的混合氣味）會激活蚊子大腦中的許多不同的嗅覺處理中心或嗅小球，而動物氣味會激活另一組和前者存在部分重疊的嗅小球。“我們認為區(qū)分人類和動物的唯一方法是（這些嗅覺神經(jīng)元的）某種復雜的活動模式，這種模式一些神經(jīng)元被更強烈地激活，而另一些則不太強烈，”McBride說道，并表示他們預計至少有五個不同群組的神經(jīng)元可能參與其中。

令作者驚訝的是，不論是蚊子聞到人類，還是大鼠或綿羊的氣味時，它們的嗅覺神經(jīng)元成像都展示了一幅簡單得多的圖景。面對非人類動物時，有兩個嗅小球被激活。面對人類氣味時，一個人類特異性嗅小球和一個識別其他動物的嗅小球被激活。McBride說：“這讓我們大吃一驚，因為我們真的沒想到會這么簡單。”

未參與這項研究的美國哥倫比亞大學（Columbia University）的生物學家Laura Duvall在一封電子郵件中告訴The Scientist，“這篇論文做出了一個驚人的發(fā)現(xiàn)，即使氣味是復雜的混合物，埃及伊蚊也可以使用簡單的神經(jīng)代碼來區(qū)分它們的首選宿主（人類）和其他動物。”

接下來，研究人員深入研究以確定蚊子的人類特異性嗅小球?qū)δ男┗衔镉蟹磻Ｒ唤M突出的化合物是醛類，它們不僅在人類和動物的氣味中含量很高，在植物和土壤散發(fā)的氣味中也很豐富。McBride表示，“論文作者確定了動物氣味包含較多的短鏈醛，而人類散發(fā)的氣味中則有更多長鏈醛。”

實驗結果表明，長鏈碳醛類癸醛和十一醛在生理濃度下可強烈激活蚊子的人類特異性嗅小球，而針對人類和動物都有反應的嗅小球則對一系列化合物均有反應。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，聞到癸醛（可激活人類特異性嗅小球）和1-己醇（可激活人類和動物嗅小球）混合物的蚊子會逆風飛行以尋找源頭。“重要的是，他們還證明這些成分與蚊子的行為具有相關性——蚊子會跟蹤二種人工合成的氣味劑的混合物，就像它們對完整的人類氣味的反應一樣。”Duvall指出。

癸醛和十一醛可能來自我們的皮脂。皮脂是一種油性物質(zhì)，與汗水不同，不論是否有身體活動，它都會從毛囊中分泌出來。未參與這項研究的美國佛羅里達國際大學（Florida International University）媒介傳播疾病研究員Matthew DeGennaro通過電子郵件表示：“尋找皮脂在吸引蚊子中所發(fā)揮的作用是一個全新的研究。以往的研究大部分都聚焦于人體汗液成分，例如乳酸或人體皮膚微生物組如何將汗液和皮脂加工成我們獨特的氣味。”

他還表示，雖然基因編輯后的蚊子讓研究人員能夠觀察嗅覺感受器的反應，但其他可能在感應人類過程中發(fā)揮作用的神經(jīng)元沒有被成像，例如埃及伊蚊體內(nèi)一種“能夠探測乳酸和其他酸性人類氣味的Ir8a受體可能在這其中發(fā)揮作用……乳酸是人體汗液中的一種成分，它與二氧化碳結合會吸引蚊子，而已知能做到這一點的氣味并不多。”Potter表示，“目前尚不清楚這些受體在區(qū)分非人類動物和人類方面發(fā)揮的作用。”

McBride承認，在癸醛和十一醛濃度之外，會有其他信號在蚊子非常靠近人類，并且做出是否降落在潛在受害者身上的決定時發(fā)揮作用。在風洞中進行的實驗模擬了蚊子距離人類一兩米時，它如何確定飛到哪里。“我們不認為這就是研究的尾聲：這不是他們識別人類的唯一方式，但我們認為這是最重要的部分之一。”

在未來的工作中，Duvall說她希望看到研究人員將埃及伊蚊與專門叮咬其他動物的蚊子進行比較，以此來探究這些不同種類的蚊子是否使用相同類型的嗅覺編碼來區(qū)分它們的首選宿主，或者弄清楚它們的宿主偏好是否由不同的機制介導。

這項研究的一個潛在應用是設計新的蚊子引誘劑和驅(qū)蟲劑。Potter表示：“這項研究可推動‘超級’引誘劑的產(chǎn)生，讓蚊子聞到比人類更有吸引力的氣味，將它從人類身邊引開。”當與殺蟲劑結合使用時，這種引誘劑可以減少蚊子數(shù)量。然而，McBride指出還需要更多的研究，“我們現(xiàn)在可以確定的是，如果你想設計一種對這些蚊子真正有吸引力的混合物，你應該至少加入一點癸醛或十一醛。”同時他表示，新的神經(jīng)成像技術可能是篩選其他能抑制或激活這些神經(jīng)元的化合物的一大步，“它為設計更好的驅(qū)蟲劑和引誘劑打開了大門。”

撰文：Sophie Fessl

翻譯：石思倩

審校：魏瀟

引進來源：the-scientist

本文來自：中國數(shù)字科技館

標簽： 研究人員 埃及伊蚊 電子郵件 生物學家 揮的作用