蚊子凭啥只咬你？科学家用5年造出一批“脑子发光”的蚊子，终于搞懂背后机制

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为了发表《自然》，他们一天用自己喂了3000只蚊子？！

这听起来不可思议，但这是普林斯顿大学的一组研究人员正在做的事情-

他们试图找出这些蚊子吸人血的原因。

众所周知，很多蚊子会吸血。但在这些蚊子中，有一群极其“嘴刁”的蚊子，他们吸食人血，无视动物血。

最典型的是埃及伊蚊，又称“花蚊”。

即使看不到人影，只要闻到右边罐子下有人的气味，就会一波接着一波，一波接着一波上来吸血:

来源SciTech Daily，左边是豚鼠的气味；右边是人类的气味。

这种“咬人的蚊子”引起了研究人员的兴趣:它们为什么喜欢人类？

人体上有什么特殊的物质吗？还是蚊子对人类有什么特殊的结构？这些问题仍然困扰着科学家。

因此，研究人员试图对这些蚊子进行转基因实验，以找出它们的“大脑”实际上是如何区分人和动物的。

这期间，为了让这些只喝人血的蚊子“吃饱”，科研人员每天被吸上千次血是常事。

经过五年培育具有“发光”大脑的蚊子，研究人员揭开了它们的神秘面纱。目前，该研究已经发表在《自然》杂志上。

为什么蚊子只吸你的血？

一般来说，蚊子可以通过气味区分人和动物。

然而，研究发现，不仅人的气味非常不同，动物的气味也与动物不同。

研究人员通过收集人类和动物的气体证实了这一点:不同个体之间产生气味的化学分子含量完全不同。

不同人/动物散发的化学分子成分

受体质差异、身体上菌群分布等影响。，每个人的气味都是独一无二的。

但是，在这些各种各样的气味中，蚊子总能准确地区分“人肉味”和动物味。

比如你去一个满是蚊子的赛马场，马很大概率没事，你会被咬出一个包。

这是怎么回事？

首先，蚊子的嗅觉很敏锐。

如果我们观察蚊子，会发现蚊子除了有用来吸血的口器外，还有两根毛茸茸的触角:

这些触角上有成千上万的嗅觉感受器，让蚊子可以准确分辨不同的气味，然后用大脑判断这个东西能不能吃。

其次，在蚊子的“大脑”中，有一个专门处理嗅觉信号的脑区。

在这个大脑区域大约有60个被称为“嗅球”的东西，每个嗅球处理不同的化学分子信号。

虽然自然界有成千上万种气味，但蚊子只对“猎物”人类发出的几种物质特别敏感。

当你感知到人体散发出的独特气味时，相应的嗅球会变得异常活跃，促使蚊子迅速吸食它们觉得味道更好的人的血液。

那么，我们有什么独特的成分吸引这些蚊子来觅食呢？

使用基因编辑来找出答案。

在此之前，虽然有很多关于蚊子的研究，但科学家一直不明白是什么气味吸引了它们，因为它们的大脑太小，只能在活着的时候观察大脑区域的活动。

直到科学家绞尽脑汁想出一种新方法——

为什么不培育一些转基因蚊子，让它们的大脑自己“发光”呢？

这里说的让大脑“发光”，其实就是荧光蛋白标记。

利用CRISPR技术，研究人员可以对蚊子大脑中的神经细胞进行基因编辑，使其在受到刺激时发出荧光。

以下是标记蚊子初级嗅觉脑区的结果。

这样，研究人员就可以直观地看到蚊子闻到不同气味气体时大脑中嗅球的刺激变化。

他们分别用人的气味、老鼠的气味和羊的气味刺激蚊子后，发现有一种特殊的嗅球H只对人的气味敏感。

还有嗅球A，只对动物的气味敏感，对人类的气味没有反应。

此外，在各种气味的测试中，发现在人的气味和狗的气味刺激下，蚊子的嗅球的激活最为相似。

研究人员解释说，这可能是因为狗和人类一起生活了很长时间，皮肤表面的细菌相似，所以散发出来的气味也会相似。

这里的人体气味其实是人体内有两种关键物质:癸醛和甲基庚烯酮。

由于人类与动物相比进化出了裸露的皮肤，为了保护自己的皮肤，必须分泌一些动物皮脂中没有的物质，包括一种叫做乌桕酸的脂肪酸、角鲨烯等。

其中，无患子酸存在于我们的皮肤和粘膜中，对血链球菌和链球菌微生物表现出抗菌活性，帮助我们抵抗许多细菌；

角鲨烯存在于像耳垢一样的地方，可以增强我们的免疫力，就像给皮肤加了一层保护膜。

这两种物质被身体上的细菌分解后，会出现癸醛和甲基庚烯酮两种物质。蚊子对这两种物质极其敏感。

事实上，科学家花了五年时间才发现这两种物质与蚊子的关系。

研究人员:为实验贡献肉amp欣赏

事实上，编辑蚊子的基因是非常困难的。

本文的第一部作品赵在《一个座位》的演讲中提到，剪辑成功的概率甚至低于0.1%。

因为基因编辑涉及神经细胞，很容易影响蚊子的神经系统，使其难以存活。

因此，研究人员需要培养大量的蚊子进行实验筛选。

这次他们选择埃及伊蚊作为研究对象。

赵说，选择它主要有两个原因:

第一，在过去的实验中发现，埃及伊蚊非常喜欢人类的气味。

其次，埃及伊蚊不同于大多数白天卧，晚上出来的蚊子。它们在白天吸血，便于实验。

毕竟...没人想通宵做实验吧？

确定物种后，研究人员会从野外采集蚊子卵，带回实验室进行培育。

众所周知，蚊子是需要吸血才能长大的，所以如何给蚊子吸血是个问题。

一种方法是用“动物血+塑料薄膜”模拟人的皮肤。当血液加热到体温时，蚊子可能会来吸血。

但问题是埃及伊蚊本身不喜欢动物血。

所以，只剩下一个更简单粗暴的方法——喂人。

于是，就有了上面提到的场景。一个人一天喂了3000只蚊子。

赵介绍，平时他们都是把胳膊伸进养蚊子的笼子里，几百只蚊子立马就会往里面涌。

十几分钟就能吸满血，效率很高。

唯一的缺点就是被上百只蚊子咬过之后，胳膊上会有很多包。

赵记忆深刻，第一次喂蚊子，胳膊都肿了。后来用热水冲洗手臂，加速皮肤的血液循环，肿胀才消失。

然而，我们发现几个月后，用手喂蚊子就不痒了，因为我们的免疫系统已经适应了。

解决了蚊子的问题，得到了不同气味的集合。

要收集的几个对象是人、狗、羊、老鼠、鸟和豚鼠。

选择这些动物是因为它们经常出现在人们的日常生活中。

在这篇论文中，研究人员使用了16个人的气味，包括2只老鼠、2只松鼠、2只鸟、1只羊和4只狗。

我们先来看人体气味采集部分。

他们设计了一个可以循环空气的塑料袋装置，实验对象需要提前几天不洗澡，光着身子躺在里面。

而向装置内注入洁净空气，整个过程大约需要2个小时，才能将异味气体抽出。

你为什么不能穿好衣服？

因为棉线和化纤会散发气味，会干扰实验。至于几天不洗澡...可能是为了提高专注力。

在这一部分，当然是实验组成员自己“奉献”的，赵说他的导师麦克布莱德就是贡献者之一。

动物的气味可以通过活体样本、毛发等方式收集。

这包括农场捐赠的羊毛，宠物店剃掉的狗毛……还有一些不怕人的小动物可以直接放在设备里进行气味收集。

结果，研究人员获得了不同种类动物的高纯度体味。

通过在一个特殊的系统中释放不同的气体，他们可以看到上图所示的埃及伊蚊大脑荧光成像的变化。

作者简介

中学男生

这项研究的第一作者是赵。

毕业于北京大学生命科学学院，获学士学位，2015年赴普林斯顿大学读博，师从卡罗琳·麦克布莱德。

目前在康奈尔大学做博士后。

他的博士生导师卡罗琳·麦克布莱德是这项研究的合著者。

呼唤·麦克布莱德是普林斯顿大学的助理教授。

她的实验室的研究方向是利用野生蚊子种群的进化来了解其行为基因和神经元基础，以及行为进化的分子机制。

还有一点

其实喂蚊子做实验在科研圈也不是第一次了。

2020年，澳大利亚科学家佩兰·罗斯(Perran Ross)展示了5000只蚊子可以叮咬自己来完成这项研究。

为研究做出数十亿的牺牲。

通过给蚊子喂食一种可以阻止登革热病毒的细菌，罗斯试图阻止蚊子感染登革热。

事实上，科学家花这么大力气研究如何防止人类被蚊子叮咬，主要是因为蚊子可以携带寨卡、登革热、黄热病等病毒在人群中传播。

几千年来，埃及伊蚊等蚊子已经进化到只叮咬人类。

因此，防止蚊子传播病毒迫在眉睫。

据赵介绍，他们的研究也有助于驱蚊剂的研发，他的同事也在做这项研究。

目前很多驱蚊剂都是通过大量的化学筛选得到的，但具体的作用机理并不清楚。如果能根据蚊子的大脑活动专门找到一种驱虫剂，效果可能会好很多。

论文地址: