在各種蚊子傳播的疾病之間，最明顯的是瘧疾，每年有近一百萬人的死亡可以追溯到簡單的蚊子叮咬。因此，遏制蚊子和人類之間的致命吸引力是一個重要的公共衛生優先事項。不幸的是，迄今為止，試圖通過干擾蚊子如何接收我們的氣味來做到這一點的嘗試已被證明是徒然的。
現在，一項富有啟發性的新科學研究解釋了為什麼蚊子的嗅覺如此難以被破壞。這項研究最近發表在《Cell》上，其揭示了一個極其複雜的嗅覺系統–能讓埃及伊蚊專門獵殺人類並傳播登革熱、寨卡、基孔肯雅和黃熱病等病毒。關於蚊子如何感知和解釋氣味的長期假設被該論文中提出的數據所顛覆。
“乍一看，蚊子的嗅覺是沒有意義的，”洛克菲勒大學Robin Chemers Neustein教授和霍華德-休斯醫學研究所的首席科學官Leslie Vosshall說道，“蚊子組織其嗅覺的方式完全出乎意料。但對蚊子來說，這是很有意義的。每一個解釋氣味的神經元都是冗餘的，以至於嗅覺系統基本上是牢不可破的。這可能解釋了為什麼我們還沒有找到打破蚊子迷戀人類的方法。”
違反嗅覺的規律
從昆蟲到哺乳動物，科學家普遍認為大腦通過1:1:1的系統處理氣味。每個嗅覺神經元表達一個氣味受體從而跟一簇神經末梢–血管球溝通。在昆蟲中，一個神經元-一個受體-一個腎上腺模型的證據之一是觀察到許多物種的嗅覺受體跟腎上腺的數量幾乎完全相同。果蠅擁有約60個受體和55個血管球；蜜蜂則有180個受體和160個血管球；煙草天峨分別有60個和70個。
研究表明，即使在進化遙遠的生物體如蒼蠅、小鼠甚至人類中也存在同樣的、乾淨的1:1:1比例。並且儘管蚊子的受體數量是血管球的兩倍，但Vosshall實驗室之前的工作表明，它們也會遵守相同的嗅覺基本規律。論文共同第一作者Margaret Herre說道：“假設每個生物體都會以這種方式工作是合理的。”
跟味覺不同的是，一個負責檢測苦味的細胞可能會表達許多苦味受體以確保苦味食物的味道一致，而1:1:1的嗅覺模型似乎是必要的。Herre說道：“這將使動物有能力生活在一個豐富的嗅覺空間中檢測和區分大量的氣味。”
但在研究埃及伊蚊如何聞到人類散發的獨特的體味和二氧化碳花束時，沃斯霍爾實驗室的前博士后、現為波士頓大學的助理教授Meg Younger有了一個驚人的發現。儘管1:1:1的規則決定了蚊子應該有一個神經元、受體和血管球來聞到體味並有一個單獨的方案來聞到二氧化碳，但Younger跟Herre合作發現了個彆氣味神經元跟多個不同受體的證據。
進一步的調查產生了更令人困惑的結果。Vosshall說道：“幾乎每個細胞都表達了所有的東西。蚊子的嗅覺系統應該是保持不變的，但在蚊子身上卻完全混亂了。”研究論文聯合第一作者livia Goldman是沃斯霍爾實驗室的博士生，她進行的單核RNA測序證實了伊蚊的嗅覺系統與傳統模型不同；體內電生理學則直接測量了蚊子的腦細胞活動，並證明這些細胞實際上是在檢測多種氣味分子–而這些都公然違反了嗅覺教條。
研究小組懷疑，跟小鼠和其他在許多不同地方尋找食物的通用物種不同，蚊子進化出一種獨特的嗅覺系統，以此來幫助它們不惜一切代價追蹤血食。對於不喝血就無法繁殖的埃及伊蚊來說，聚焦於嗅出人類的氣味感應可能比檢測大量氣味的能力更重要。
與此同時，該系統的冗餘和彈性可能解釋了為什麼之前試圖敲除嗅覺的核心基因並沒有阻止蚊子對人類的定位。“了解蚊子是如何定位人類的對於我們操縱這一系統並使人們不那麼容易受到蚊子傳播的疾病的影響至關重要。研究這個系統將幫助我們更好地理解為什麼蚊子的嗅覺是如此牢不可破，”Goldman說道。
超越教條的發展
就在Vosshall對她的發現感到困惑的同時，由約翰霍普金斯大學的Christopher Potter領導的一個科學家小組在果蠅中觀察到了類似的雜亂的氣味感應模式。曾在昆蟲嗅覺方面的教條開始迅速解開。但Vosshall–其先前的研究在建立昆蟲嗅覺的傳統模型方面發揮了重要作用–對此卻毫不畏懼。“我覺得這很令人興奮。這意味着我的早期工作錯過了這種複雜性，它表明科學的進步是向真理彎曲的。”
Vosshall指出，另一項研究甚至更早地記錄了果蠅中非常規氣味編碼的證據，但研究人員們將他們的發現視為隨機噪音，另外還不恰當地得出結論–他們的數據支持而不是推翻了傳統模型。
“教條是有用的，但也是有問題的，”Vosshall說道，“當你發現一些不尋常的東西時可能很難說出來，因為你的第一直覺是認為你的實驗沒有成功，這只是噪音。我們的發現應該激勵人們，如果他們看到了什麼，就說出來。”
就目前而言，“壞消息是，要打破蚊子對人類的迷戀可能是不可能的，”Vosshall說道。他引用了蚊子嗅覺系統的純粹彈性。然而，好消息是，這些結果為科學家們提供了一個機會–使他們能夠超越小鼠和果蠅並重新審視其他不太出名的生物體如何感知氣味。
“除了大家研究的物種之外，還有更多的物種。我們想知道：蜱蟲有常規的嗅覺嗎？還有蜜蜂呢？研究非模型生物體的系統並發現我們最喜歡的原則並不總是適用，這很令人興奮，”Vosshall說道。