蚊子為何“偏愛(ài)”你?這群科學(xué)家?guī)滋觳幌丛枵业搅嗽?/h1>
2022-05-12 21:04:02
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來(lái)源:[db:來(lái)源]
McBride描述了他們以蚊子為中心的方法:“我們有點(diǎn)像是潛入蚊子的大腦,問(wèn):‘你能聞到什么?是什么點(diǎn)亮了你的大腦?是什么在激活你的神經(jīng)元?當(dāng)你聞到人類(lèi)的氣味和動(dòng)物的氣味時(shí),你的大腦是如何被激活的?’”
論文第一作者、當(dāng)時(shí)的普林斯頓大學(xué)研究生Zhilei Zhao開(kāi)創(chuàng)了他們的新方法:以非常高的分辨率對(duì)蚊子的大腦進(jìn)行成像,觀察蚊子如何識(shí)別它的下一個(gè)受害者。為了做到這一點(diǎn),他必須首先對(duì)蚊子進(jìn)行基因改造,使它的大腦在活動(dòng)時(shí)亮起,然后這些作者必須以蚊子在他們定制的成像設(shè)備內(nèi)能夠檢測(cè)到的方式遞送含有人類(lèi)和動(dòng)物氣味的空氣。
人類(lèi)的氣味由幾十種不同的化合物組成,而這些相同的化合物,以略微不同的比例,存在于大多數(shù)哺乳動(dòng)物的氣味中。這些化合物本身對(duì)蚊子都沒(méi)有吸引力,因此挑戰(zhàn)在于確定蚊子用來(lái)識(shí)別人類(lèi)氣味的確切混合成分。
這些作者得出結(jié)論:兩種化合物--癸醛(decanal)和十一醛(undecanal)--富含于人類(lèi)的氣味中。他們?yōu)橐环N以癸醛為特征的混合物申請(qǐng)了專(zhuān)利,他們希望這種混合物能夠成為吸引蚊子進(jìn)入致命陷阱的誘餌,或者成為中斷蚊子傳遞人體氣味信號(hào)的驅(qū)蚊劑。
為了提供用于測(cè)試的對(duì)比哺乳動(dòng)物,研究生Jessica Zung與前研究專(zhuān)家Alexis Kriete和Azwad Iqbal合作,收集毛發(fā)、皮毛和羊毛樣本。在這篇論文中,McBride團(tuán)隊(duì)使用了來(lái)自16個(gè)人、兩只大鼠、兩只豚鼠、兩只鵪鶉、一只羊和四只狗的氣味。位于新澤西州霍普韋爾的豪威爾生活歷史農(nóng)場(chǎng)(Howell Living History Farm)在它的春季剪羊毛中捐贈(zèng)了幾根羊毛;對(duì)于另一種被馴養(yǎng)的哺乳動(dòng)物,Zung去了一家PetSmart美容院,從最近梳理過(guò)的寵物狗身上收集修剪過(guò)的毛發(fā)。
Zung說(shuō),“對(duì)于人類(lèi)樣本,我們有一群偉大的志愿者。我們讓他們幾天不洗澡,然后脫光衣服,躺在特氟隆袋(Teflon bag)中。為什么是裸體?因?yàn)槊藁?、聚酯和其他衣物纖維有自己的氣味,會(huì)扭曲人類(lèi)氣味數(shù)據(jù)?!?/p>
一旦他們克服了技術(shù)上的挑戰(zhàn)--無(wú)損地提取人類(lèi)和動(dòng)物的氣味,設(shè)計(jì)一種允許他們?cè)诔上裨O(shè)備中向蚊子噴出人類(lèi)氣味的系統(tǒng),構(gòu)建了一個(gè)風(fēng)洞來(lái)測(cè)試簡(jiǎn)單的混合物或單一化合物,并培育出能夠?qū)υO(shè)備做出反應(yīng)的蚊子品種,他們隨后開(kāi)始收集數(shù)據(jù)。非常驚人的數(shù)據(jù)。
在這項(xiàng)研究之前,科學(xué)家們推測(cè),蚊子的大腦一定有一種復(fù)雜、精密的技術(shù)來(lái)區(qū)分人類(lèi)和其他動(dòng)物。事實(shí)證明,情況恰恰相反。
McBride說(shuō),“這種簡(jiǎn)單性讓我們感到驚訝。盡管人類(lèi)的氣味很復(fù)雜,而且其中并沒(méi)有任何一種人類(lèi)特有的化合物,但蚊子已經(jīng)進(jìn)化出一種令人驚訝的簡(jiǎn)單機(jī)制來(lái)識(shí)別我們。對(duì)我來(lái)說(shuō),這是一個(gè)進(jìn)化的故事:如果我們構(gòu)建出一種統(tǒng)計(jì)測(cè)試方法來(lái)區(qū)分人類(lèi)的氣味,它將是非常復(fù)雜的,但蚊子做了一些非常簡(jiǎn)單的事情,當(dāng)涉及到進(jìn)化時(shí),簡(jiǎn)單通常是非常有效的?!?/p>
換句話說(shuō),在進(jìn)化的過(guò)程中,簡(jiǎn)單的解決方案往往能孕育出真正的解決方案。
蚊子的大腦有60個(gè)稱(chēng)為小球體(glomeruli)的神經(jīng)中樞。McBride團(tuán)隊(duì)曾假設(shè),許多小球體--甚至可能是大多數(shù)小球體--會(huì)參與幫助這些依賴(lài)人類(lèi)的蚊子找到它們最喜歡的食物。
Zhao說(shuō),“當(dāng)我第一次看到大腦活動(dòng)時(shí),我無(wú)法相信,只有兩個(gè)小球體參與其中。這與我們預(yù)期的一切相矛盾,所以我重復(fù)了幾次實(shí)驗(yàn),用更多的人、更多的動(dòng)物。我簡(jiǎn)直無(wú)法相信這一點(diǎn)。它是如此簡(jiǎn)單。”
熱解吸氣味傳遞系統(tǒng)的進(jìn)一步表征,圖片來(lái)自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04675-4。
在這兩個(gè)神經(jīng)中樞中,一個(gè)對(duì)包括人類(lèi)氣味在內(nèi)的許多氣味作出反應(yīng),基本上是說(shuō):“嘿,看,附近有一些有趣的東西,你應(yīng)該去看看”,而另一個(gè)則只對(duì)人類(lèi)作出反應(yīng)。McBride團(tuán)隊(duì)表示,擁有兩個(gè)神經(jīng)中樞可能有助于蚊子找到它們的目標(biāo)。
McBride說(shuō),這是該項(xiàng)目中最大的“頓悟”時(shí)刻之一。“Zhao花了幾年時(shí)間才得到他需要的轉(zhuǎn)基因蚊子,然后我們發(fā)現(xiàn)我們沒(méi)有一種傳遞人類(lèi)氣味的好方法。因此,我們又花了一兩年的時(shí)間,想出了一些想法,試圖找出如何以一種足夠受控的方式傳遞足夠的人類(lèi)氣味,以觀察反應(yīng)。然后,我們第一次嘗試了我們?cè)谶@篇論文中描述的這種新技術(shù)--這種傳遞氣味的新方法,他真地觀察到了蚊子的大腦作出反應(yīng)。這真是不可思議?!?/p>
Zung指出,通過(guò)確定蚊子用來(lái)探測(cè)人類(lèi)氣味的小球體,并確定它們探測(cè)的是癸醛和十一醛,他們對(duì)他們的問(wèn)題有了一個(gè)優(yōu)雅而直接的答案。
她說(shuō),“如果這純粹是一篇神經(jīng)成像論文,那么還會(huì)有一些問(wèn)題。如果這是一篇純粹的氣味分析論文,仍然會(huì)有未解答的問(wèn)題。哪怕是一篇純粹的行為學(xué)論文,也是如此。但是這個(gè)研究項(xiàng)目的一個(gè)真正的優(yōu)勢(shì)是,我們能夠引入如此多不同的方法和如此多人的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。McBride實(shí)在是太了不起了,她愿意了解并投資于所有這些不同的方法?!?/p>
Zhao贊同道,“這整個(gè)研究項(xiàng)目是令人難以置信的合作。我們處理了這么多的證據(jù),而這些證據(jù)現(xiàn)在已經(jīng)融合成一個(gè)連貫的故事,這需要如此多不同的專(zhuān)業(yè)知識(shí)?!?
參考資料:
1. Zhilei Zhao et al. Mosquito brains encode unique features of human odour to drive host seeking. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-04675-4.
2. How mosquito brains encode human odor so they can seek us out https://www.princeton.edu/news/2022/05/04/how-mosquito-brains-encode-human-odor-so-they-can-seek-us-out
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