蚊子的大脑如何编码人类的气味，从而找到im体育外围下载
蚊子. 后院野餐的祸害——而且在里面是致命的 寨卡病毒和登革热易发地区.
卡罗琳"林迪"麦克布莱德
世界上大多数蚊子都是投机取巧的，愿意从附近任何来源吸血. 但在一些地区，携带寨卡病毒、登革热和黄热病的蚊子 埃及伊蚊 它们几乎只咬人类. 但要成功成为专门的喂食者, 只有一个物种——im体育外围下载人类——才能生存, 它们一定进化出了非常精确的瞄准策略. 他们是怎么做到的?
“im体育外围下载开始试图了解这些蚊子是如何区分人类和动物的气味的，”他说 卡罗琳"林迪"麦克布莱德他是生态学、进化生物学和神经科学的助理教授, 无论是在它们对人类气味的暗示方面，还是在它们大脑的哪个部分允许它们对这些信号进行暗示方面.”
经过多年的辛勤工作, 包括无数的科技挑战, 她的团队已经找到了这两个等式的答案. 蚊子在探测什么?它们又是如何探测的? 他们的 结果出现 刊登在本期《im体育外围下载》杂志上.
麦克布莱德描述了他们以蚊子为中心的方法:“im体育外围下载有点像潜入蚊子的大脑，然后问, “你能闻到什么?? 什么会点亮你的大脑? 是什么激活了你的神经元? 当你闻到人类的气味和动物的气味时，你的大脑的激活有什么不同?’”
当时的研究生赵志磊是2021年的博士.D. 她现在在康奈尔大学, 开创了他们的新方法:以非常高的分辨率对蚊子的大脑进行成像，观察蚊子如何识别下一个受害者. 这样做, 他首先要对蚊子进行基因改造，让它们的大脑在活动时发光, 然后，该团队必须以蚊子在团队内部可以探测到的方式，传递人类和动物味道的空气 定制成像设备.
im体育外围下载卡罗琳·“林迪”·麦克布莱德实验室的一组研究人员已经确定了蚊子是如何将人类与其他哺乳动物区分开来的. 他们的论文, 赵芷蕾(右)和郑洁(左)的照片出现在本期《im体育外围下载》杂志上.
人体的气味由几十种不同的化合物组成, 同样的化合物, 比例略有不同, 存在于大多数哺乳动物的气味中吗. 这些化合物本身对蚊子没有吸引力, 因此，挑战在于确定蚊子用来识别人类气味的成分的准确混合.
研究小组得出结论，人类气味中含有两种化学物质，癸醛和非癸醛. 他们为一种含有癸醛的混合物申请了专利，他们希望这种混合物可以成为诱饵，吸引蚊子进入致命陷阱, 或者是干扰信号的驱蚊剂.
提供比较哺乳动物测试，研究生 杰西卡郑氏 与前研究专家亚历克西斯·克里特和阿兹瓦德·伊克巴尔合作收集头发, 毛皮和羊毛样品. 在这篇论文中，研究小组使用了来自 16个人，两只老鼠，两只豚鼠，两只鹌鹑，一只羊和四只狗. Howell生活历史农场在霍普威尔，N.J., donated several fleeces from their spring sheep shearing; for another domesticated mammal, Zung去了一家PetSmart美容沙龙，收集了最近修剪过的宠物狗的毛发.
“对于人体样本，im体育外围下载有一群很棒的志愿者，”Zung说. “im体育外围下载让他们几天不洗澡，然后脱光衣服，躺在一个聚四氟乙烯袋子里.“为什么赤身裸体?? 因为棉花, 涤纶和其他服装纤维有自己的气味，会扭曲数据.
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, 他们设计了一个系统，让他们在成像装置中向蚊子喷射人类的气味, 创建一个风洞来测试简单的混合物或单一化合物, 他们开始收集数据，培育出大脑对设备有反应的蚊子.
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复杂的, 区分人类和其他动物的复杂技术. 结果恰恰相反.
麦克布莱德说:“这种简单让im体育外围下载感到惊讶. “尽管人类的气味很复杂, 事实上，它并没有任何人类特有的化合物, 蚊子进化出了一种令人惊讶的简单机制来识别im体育外围下载. 对我来说, 这是一个进化的故事:如果im体育外围下载创造了一个统计测试来区分人类的气味, 它会非常复杂, 但是蚊子做的事情非常简单, 简单通常很有效, 说到进化.”
换句话说，在进化的过程中，简单的解决方案往往会产生正确的结果.
蚊子的大脑有60个神经中枢，称为肾小球(glomerulus)。. 研究小组假设，许多——甚至可能是大多数——将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，我简直不敢相信——只有两个肾小球受到了影响。” 赵 说. “这与im体育外围下载的预期完全相悖, 所以我重复了几次实验, 有更多的人类, 更多的动物. 我简直不敢相信. 太简单了.”
两个神经中枢, 人对很多气味都有反应，包括人的气味, 本质上说, “嘿, 看, 附近有个有趣的地方你应该去看看,而另一种只对人类有反应. 研究人员表示，拥有两个可能有助于蚊子瞄准它们的目标.
这是我人生中最大的一次“我找到了”!麦克布莱德说. 为了得到他需要的转基因蚊子，志磊已经工作了几年, 然后im体育外围下载发现im体育外围下载没有传递人类气味的好方法. 所以im体育外围下载又工作了一两年, 我想出了一些想法，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, im体育外围下载第一次尝试im体育外围下载在论文中描述的这项新技术——这种传递气味的新方式——他真的看到了大脑的反应. 太不可思议了.”
通过测定蚊子用来探测人类的肾小球, 确定了他们检测到的是什么——癸醛和非癸醛——团队对他们的问题有了一个优雅直接的答案, 指出郑氏.
“如果这仅仅是一篇神经成像论文，那么还会有一些问题，”她说. “如果这仅仅是一篇气味分析论文，仍然会有悬而未决的问题. 纯粹的行为论文也是一样. 但这个项目真正的优势在于im体育外围下载能够引入这么多不同的方法和这么多人的专业知识. Lindy非常棒，她愿意学习和投资这些不同的方法.”
“整个项目都需要通力合作。. “im体育外围下载处理了如此多的证据，现在已经汇聚成一个连贯的故事, 这需要很多不同的专业知识. 在来普林斯顿之前，我没有学过神经科学, 但im体育外围下载这里有普林斯顿神经科学研究所, 有这么多有才华的人可以让我学习. 关于气味科学的部分，我没有这方面的背景，但杰西卡是专家. 为了建立风洞，im体育外围下载与瑞典的研究人员合作. 如果im体育外围下载什么都亲力亲为, we might not have gotten such good results; it's only through collaboration that we got here.”
“蚊子的大脑编码人类气味的独特特征来驱动宿主的寻找，作者:赵芷蕾，Jessica L. 宗，安妮卡·欣策，亚历克西斯·L. 克里特，阿兹瓦德·伊克巴尔，梅格·A. 年轻的Benjamin J. 马修斯，多里特·梅尔霍夫，斯蒂芬·蒂伯热，里卡德·伊格内尔，马丁·斯特劳赫 & 卡洛琳年代. 麦克布莱德发表在最新一期的《im体育外围下载》杂志上(DOI: 10.1038/s41586-022-04675-4). 这项工作的部分资金来自美国国立卫生研究院(NIDCD)的拨款, R00DC012069; NIAID, C.S.M.; the Swedish 研究 Council and Swedish University of Agricultural Sciences (senior career award) to R.I.; and the German 研究 Foundation (Deutsche Forschungsgemeinschaft, ME3737/3-1) to D.M. C.S.M. 实验室也得到皮尤学者奖的支持, 塞尔学者奖, 克林根斯坦-西蒙斯奖学金, 罗莎琳·富兰克林新研究者奖和纽约干细胞基金会. C.S.M. 是纽约干细胞基金会罗伯逊研究员吗.