《Nature》人类的气味在蚊子的大脑中什么样？

埃及伊蚊（一种携带寨卡病毒、疟疾和登革热的蚊子）的一些株已经进化到几乎完全叮咬人类。一个团队现在已经发现他们是如何如此精确地瞄准我们的。

　　

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。但在一些地区，携带寨卡病毒、登革热和黄热病的埃及伊蚊(Aedes aegypti)已经进化到几乎只叮咬人类。但要想成为成功的专门捕食者，只依赖于一个物种——人类——才能生存，它们必须进化出难以置信的精确瞄准策略。它们是怎么做到的?

这些蚊子是如何区分人类和其他动物的气味呢？

经过多年的专注工作，包括无数的科学和技术挑战，科学家已经找到了这个等式的两个部分的答案。蚊子在检测什么，它们是如何检测的?他们的研究结果发表在最新一期的《自然》杂志上。

麦克布莱德描述了他们以蚊子为中心的方法:“我们有点潜入蚊子的大脑，然后问，‘你能闻到什么?是什么点亮了你的大脑?是什么激活了你的神经元?当你闻到人类气味和动物气味时，你的大脑的活动有什么不同?’”

当时的研究生赵智磊（音译）是2021年毕业的博士，现在在康奈尔大学，他开创了他们的新方法:以非常高的分辨率成像蚊子的大脑，观察蚊子如何识别下一个受害者。要做到这一点，他必须首先对蚊子进行基因工程，让它们的大脑在活动时亮起来，然后团队必须以蚊子能够在团队定制的成像设备中探测到的方式传递人类和动物味道的空气。

人类的气味是由几十种不同的化合物组成的，而这些相同的化合物在大多数哺乳动物的气味中存在，但比例略有不同。这些化合物本身对蚊子都没有吸引力，所以挑战在于确定蚊子用来识别人类气味的成分的确切混合。

研究小组得出结论，decanal和undecanal这两种化学物质在人类气味中富集。他们申请了一种以decanal为特征的混合物的专利，他们希望这种混合物可以成为诱饵，吸引蚊子进入致命的陷阱，或者是阻断信号的驱蚊剂。

为了对哺乳动物进行比较以进行测试，研究生杰西卡·宗与前研究专家亚历克西斯·克里特和阿兹瓦德·伊克巴尔一起收集了毛发、皮毛和羊毛样本。在这篇论文中，研究小组使用了16个人、2只老鼠、2只豚鼠、2只鹌鹑、1只绵羊和4只狗的气味。新泽西州霍普韦尔的豪厄尔生活史农场捐赠了几块春天剪下的羊毛，宗去了一家美容沙龙，收集了最近修剪过的宠物狗的头发。

“对于人体样本，我们有一群很棒的志愿者，”宗说。“我们让他们几天不洗澡，然后脱光衣服，躺在一个特氟龙袋子里。”为什么裸体?因为棉花、聚酯和其他服装纤维有自己的气味，这将扭曲数据。

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，设计一个系统，允许他们在成像装置中向蚊子喷出人类的气味，创建一个风洞来测试简单的混合物或单一化合物，并培育出大脑对设备有反应的可行蚊子品种——他们开始收集数据。

非常惊人的数据。

在这项研究之前，研究人员推测蚊子的大脑一定有一种复杂、复杂的技术来区分人类和其他动物。结果恰恰相反。

麦克布莱德说:“这种简单性让我们感到惊讶。“尽管人类的气味很复杂，而且事实上它并不真的含有任何人类特有的化合物，但蚊子进化出了一种识别我们的简单机制，这令人惊讶。对我来说，这是一个进化的故事:如果我们创造一种统计测试来区分人类的气味，这将是非常复杂的，但蚊子做的事情非常简单，而在进化中，简单通常效果很好。”

换句话说，在进化的过程中，简单的解决方案往往会产生真正的解决方案。

蚊子的大脑有60个神经中枢，叫做小球（glomerulus）。研究小组假设，许多——甚至可能是大多数——会参与帮助这些依赖人类的蚊子找到它们最喜欢的食物。

“当我第一次看到大脑活动时，我不敢相信——只有两个小球参与了，”赵说。“这与我们的预期相悖，所以我重复了几次实验，用更多的人，更多的动物。我简直不敢相信。这很简单。”

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做出反应，基本上是在说，“嘿，看，附近有一些有趣的东西，你应该去看看，”而另一个只对人类做出反应。研究人员认为，有两种可能有助于蚊子锁定目标。

麦克布莱德说，这是整个项目中最激动人心的时刻之一。“智磊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传递人类气味的好方法。所以我们又工作了一两年，想出了很多点子，试图弄清楚如何以一种可控的方式传递足够多的人类气味，从而看到反应。然后，我们第一次尝试我们在论文中描述的这项新技术——这种传递气味的新方法——他实际上看到了大脑的反应。这是难以置信的。”

宗指出，通过确定蚊子用来检测人类的小球，并确定它们正在检测的是什么——decanal和undecanal——研究小组对他们的问题有了一个优雅而直接的答案。

她说:“如果这只是一份纯粹的神经成像论文，那么还会存在一些问题。如果这只是一份气味分析报告，那么还有很多问题没有得到解答。纯粹的行为论文，也是一样的。但这个项目真正的优势是我们能够引入这么多不同的方法和这么多人的专业知识。”

“整个项目是非常合作的，”赵表示赞同。“我们处理了如此多的证据，这些证据现在已经融合成一个连贯的故事，这需要非常不同的专业知识。在我来普林斯顿之前，我没有学过任何神经科学，但我们这里有普林斯顿神经科学研究所，有很多有才华的人，我可以向他们学习。关于气味科学，我没有这方面的背景，但杰西卡是专家。至于风洞的设置，我们与瑞典的研究人员合作。如果一切都是我们自己做的，我们可能不会得到这么好的结果;只有通过合作，我们才能走到今天。”

Zhilei Zhao, Jessica L. Zung, Annika Hinze, Alexis L. Kriete, Azwad Iqbal, Meg A. Younger, Benjamin J. Matthews, Dorit Merhof, Stephan Thiberge, Rickard Ignell, Martin Strauch, Carolyn S. McBride. Mosquito brains encode unique features of human odour to drive host seeking. Nature, 2022; DOI: 10.1038/s41586-022-04675-4