具有嗅觉神经元的雌性蚊子天线，标记为红色和绿色。表达多种类型的嗅觉受体的嗅觉神经元是黄色的。图片来源：玛格丽特·赫雷

在各种蚊媒疾病之间，最明显的是疟疾，每年有近一百万人死亡可以追溯到简单的蚊虫叮咬。因此，遏制蚊子与人类之间的致命吸引力是一项重要的公共卫生优先事项。不幸的是，到目前为止，试图通过干扰蚊子吸收我们气味的方式来做到这一点已经证明是徒劳的。

现在，一项具有启发性的新科学研究解释了为什么蚊子的嗅觉如此难以破坏。这项研究最近发表在《细胞》杂志上，揭示了一种极其复杂的嗅觉系统，使埃及伊蚊能够专门猎杀人类并传播登革热、寨卡病毒、基孔肯雅热和黄热病等病毒。关于蚊子如何感知和解释气味的长期假设被论文中提供的数据所颠覆。

“乍一看，蚊子嗅觉毫无意义。蚊子组织嗅觉的方式是完全出乎意料的，“洛克菲勒大学罗宾·切默斯·诺伊斯坦教授、霍华德休斯医学研究所首席科学官莱斯利·沃歇尔（Leslie Vosshall）说。“但对于蚊子来说，这是完全有道理的。每个解释气味的神经元都是多余的，以至于嗅觉系统基本上是牢不可破的。这也许可以解释为什么我们没有找到一种方法来打破蚊子对人类的吸引力。

违反嗅觉定律

从昆虫到哺乳动物，科学家们通常认为大脑处理气味是通过1：1：1的系统。每个嗅觉神经元表达一个气味受体，该受体与一簇神经末梢（称为肾小球）进行通信。昆虫中单神经元 - 一受体 - 一肾小球模型的证据之一是观察到许多物种具有几乎与肾小球完全相同数量的嗅觉受体。果蝇有大约60个受体和55个球状体;蜜蜂，180：160;烟草角虫，60：70。

研究表明，即使在进化上遥远的生物体（如苍蝇，小鼠甚至人类）也存在相同的，干净的1：1：1比例。尽管蚊子的受体数量是肾小球的两倍，但Vosshall实验室先前的研究表明，它们也将遵守相同的嗅觉基本定律。“可以合理地假设每个生物体都会以这种方式工作，”共同第一作者玛格丽特·赫雷说。

通过受感染的蚊子叮咬传播的疾病被称为蚊子传播的疾病。这些病毒包括寨卡病毒、西尼罗河病毒、基孔肯雅病毒、登革热和疟疾。虽然人们可能不会在被受感染的蚊子叮咬后生病，但有些人患有轻度，短期疾病或（很少）严重或长期疾病。严重的蚊媒疾病可导致死亡。

与味觉不同 - 其中一个负责检测苦味的细胞可能表达许多苦味受体以确保苦味食物味道均匀 - 1：1：1的嗅觉模型似乎是必要的，因为它是普遍的。“这将使动物能够生活在丰富的嗅觉空间中，检测和区分各种气味，”Herre说。

但是，在研究埃及伊蚊如何闻到人类排放的独特体味和二氧化碳的香气时，前Vosshall实验室博士后，现在是波士顿大学的助理教授梅格·杨格（Meg Younger）做出了一个令人惊讶的发现。尽管1：1：1规则规定蚊子应该有一个神经元，受体和肾小球来闻体味，以及一个单独的二氧化碳方案，但Younger与Herre一起工作发现了具有多个不同受体的单个气味神经元的证据。

进一步调查产生了更令人困惑的结果。“这是一团糊状物，一场火车失事，”沃歇尔说。“几乎每个细胞都表达了一切。所谓的“呆在你的车道”嗅觉系统完全被蚊子弄乱了。由共同第一作者，Vosshall实验室的博士生Olivia Goldman进行的单核RNA测序证实，伊蚊嗅觉系统与传统模型不同;体内电生理学直接测量了蚊子的脑细胞活动，表明这些细胞实际上正在检测多种气味分子 - 所有这些都公然违反了嗅觉教条。

研究小组怀疑，与在许多不同地方寻找食物的老鼠和其他多面手物种不同，蚊子进化出一种独特的嗅觉系统，以帮助它们不惜一切代价追踪血粉。对于不喝血就无法繁殖的埃及伊蚊来说，激光聚焦于嗅探人类的气味传感可能比检测气味聚宝盆的能力更重要。

疟疾是一种严重的，有时甚至是致命的疾病，由一种寄生虫引起，这种寄生虫通常感染以人类为食的某种类型的蚊子。感染疟疾的人通常病得很重，伴有高烧，寒战颤抖和流感样疾病。虽然疟疾可能是一种致命的疾病，但疟疾引起的疾病和死亡通常是可以预防的。
美国每年诊断出约2000例疟疾病例。美国的绝大多数病例都是从疟疾传播发生国返回的旅行者和移民，其中许多来自撒哈拉以南非洲和南亚。2020年，全世界估计发生了2.41亿例疟疾病例，62.7万人死亡，其中大多数是撒哈拉以南非洲的儿童。

与此同时，该系统的冗余和弹性可以解释为什么先前试图敲除嗅觉核心基因的尝试并没有阻止蚊子驯巢人类。戈德曼说：“了解蚊子如何定位人类对于我们操纵该系统并使人们不那么容易受到蚊子传播疾病的影响至关重要。“研究这个系统将有助于我们更好地理解为什么蚊子嗅觉如此牢不可破。

超越教条的成长

大约在沃歇尔对她的发现感到困惑的同时，由约翰霍普金斯大学的克里斯托弗·波特（Christopher Potter）领导的一组科学家在果蝇中观察到类似的混乱气味感应模式。昆虫嗅觉中曾经的教条开始迅速瓦解。但是，Vosshall之前的研究有助于建立传统的昆虫嗅觉模型，但他并不担心。

“我觉得这很令人兴奋，”她说。“这意味着我早期的工作错过了这种复杂性，这表明科学的进步向真理倾斜。

Vosshall指出，另一项研究甚至更早就记录了果蝇中非常规气味编码的证据，但作者将他们的发现视为随机噪声，并且不太可能得出结论，他们的数据支持而不是推翻传统模型。

“教条是有用的，但有问题，”沃歇尔说。“当你发现一些不寻常的事情时，可能很难说出来，因为你的第一本能反应是假设你的实验没有成功，这只是噪音。我们的发现应该激励人们，如果他们看到一些东西，就说些什么。

就目前而言，“坏消息是，事实证明，不可能打破蚊子对人类的吸引力，”Vosshall说，并引用了它们嗅觉系统的纯粹弹性。然而，好消息是，这些结果为科学家提供了一个机会，让他们超越老鼠和果蝇，重新审视其他不太知名的生物体如何感知气味。

“那里比每个人都研究的物种更多，”沃歇尔说。“我们想知道：蜱虫有传统的嗅觉吗？蜜蜂呢？研究非模式生物中的系统并发现我们最喜欢的原则并不总是适用，这令人兴奋。