“我找遍整個(gè)小鎮(zhèn)都沒(méi)有合適的。當(dāng)時(shí)很著急，如果真的找不到，就得等明年。還好我導(dǎo)師的朋友說(shuō)，紐約北部森林里乳草還在盛開，那邊氣候比普林斯頓更冷、花期也更晚。我立馬驅(qū)車4個(gè)多小時(shí)，一路向北抵達(dá)森林。當(dāng)看到那片盛開的乳草和周圍翩翩起舞的帝王蝴蝶時(shí)，幾乎喜極而泣。采完花我立刻返回實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)晚通宵把它們的氣味采集固定下來(lái)，這才回去睡了個(gè)踏實(shí)覺(jué)?！?/p>

看完這段話，一般人可能會(huì)想，采花不應(yīng)該是很浪漫，為何這么著急忙慌？對(duì)于科研人員來(lái)說(shuō)，采花也可能是“行走的論文”。

而這些辛苦采集到的花朵，“竟被”用于研究蚊子，進(jìn)而啟發(fā)了一篇《自然》論文。該論文可給人類永恒的痛點(diǎn)——滅蚊帶來(lái)新“神器”。有兩位審稿人認(rèn)為，此次使用的方法不僅頗具開創(chuàng)性，同時(shí)也是理解蚊子嗅覺(jué)的里程碑工作。

擔(dān)任論文一作兼通訊的北京大學(xué)趙志磊表示：“在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中，有超過(guò)60%的蚊子被它吸引。課題組也因此申請(qǐng)了專利，希望能把這個(gè)混合物應(yīng)用到捕蚊器當(dāng)中，來(lái)吸引誘殺蚊子。另一個(gè)思路是，如果能篩選到一個(gè)化合物來(lái)抑制蚊子對(duì)人類氣味敏感的腦區(qū)，那么把它涂到皮膚上，是不是也能起到驅(qū)蚊效果？而這樣的化合物或可作為新型驅(qū)蚊劑來(lái)使用?！?/p>

他說(shuō)，人的氣味很復(fù)雜，可能有上百種化學(xué)分子混合其中。但是，此次研究發(fā)現(xiàn)在蚊子大腦中的初級(jí)嗅覺(jué)腦區(qū)，只有兩個(gè)區(qū)域被激活。這意味著人們或能使用很簡(jiǎn)單的混合物，來(lái)模擬人體氣味去吸引蚊子。

該研究發(fā)現(xiàn)，用正己醇和癸醛這兩種氣味分子以恰當(dāng)?shù)谋壤旌?，可以很好地模擬人的氣味，從而刺激蚊子大腦的激活模式。同時(shí)，這個(gè)雙組分的混合物對(duì)蚊子有很強(qiáng)的吸引力。

蚊子，在日常生活中隨處可見，不僅煩人而且還會(huì)很危險(xiǎn)，它們會(huì)給人類傳播瘧疾、登革熱等的致命疾病。在演化過(guò)程中，一些蚊子物種變成專門從人身上吸血，這類蚊子最為可怕，因?yàn)樗鼈兘o人傳播疾病的效率非常高。

很早之前人們就知道，蚊子主要依靠氣味來(lái)尋找宿主，所以這些專門咬人的蚊子，特別喜歡人的氣味。但是，它們?nèi)绾巫龅綔?zhǔn)確區(qū)分人和動(dòng)物的氣味的？這一直是個(gè)未解之謎。因此，該問(wèn)題不僅是一個(gè)很有趣的基礎(chǔ)研究問(wèn)題，對(duì)于公共衛(wèi)生領(lǐng)域也很重要。

事實(shí)上，此問(wèn)題一直有被研究，但是長(zhǎng)期未出現(xiàn)大突破。因?yàn)椋米邮欠悄Ｊ缴?，可被使用的研究工具很局限。而為了回答該團(tuán)隊(duì)想解決的科學(xué)問(wèn)題，首先要攻克技術(shù)障礙，開發(fā)出能讓人深入研究蚊子的工具。

課程結(jié)束后，各教師根據(jù)學(xué)生上課表現(xiàn)進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)。對(duì)照組成績(jī)?yōu)椋?6.00±5.12）分，試驗(yàn)組成績(jī)?yōu)椋?5.92±5.33）分，兩組比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.085，P=0.699）。

其中，最關(guān)鍵的是遺傳學(xué)工具，它能讓研究人員特異性地標(biāo)記蚊子的大腦，從而記錄到蚊子的神經(jīng)活動(dòng)。然而，基因編輯技術(shù)在蚊子中還不夠成熟，效率也很低，所以需要篩選大量蚊子，才能制造出正確的轉(zhuǎn)基因品系。

為此，實(shí)驗(yàn)室耗時(shí)五年左右，才陸續(xù)取得進(jìn)展，并制造出相關(guān)的遺傳學(xué)工具。類似的技術(shù)問(wèn)題還有很多，例如雙光子鈣成像在蚊子中的使用、宿主氣味的收集和刺激等。

“所以如果看我們發(fā)表的論文，方法那一部分特別地長(zhǎng)。而我們開發(fā)的這些工具和方法，不僅可以應(yīng)用于蚊子的研究，還可以更廣泛地用來(lái)研究其他動(dòng)物的嗅覺(jué)?！壁w志磊說(shuō)。

有了這些新工具，就能深入研究蚊子的大腦，對(duì)它們的嗅覺(jué)行為獲得全新的理解。具體來(lái)說(shuō)，他們給蚊子做了“開顱手術(shù)”，然后用人和動(dòng)物的氣味來(lái)刺激它的觸角，這樣就能在顯微鏡下觀察它的大腦活動(dòng)。

期間，課題組驚奇地發(fā)現(xiàn)，蚊子的嗅覺(jué)腦區(qū)中有一個(gè)特定的區(qū)域，只能被人的氣味激活，對(duì)其他動(dòng)物的氣味幾乎沒(méi)有反應(yīng)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)腦區(qū)會(huì)特異性地探測(cè)人氣味中的一種化學(xué)分子——癸醛，這種分子在人的氣味中特別多，在動(dòng)物的氣味中很少。至此，研究結(jié)論開始明晰起來(lái)：蚊子能準(zhǔn)確地區(qū)分人和動(dòng)物的氣味，很有可能是通過(guò)檢測(cè)癸醛含量的多少。

近日，相關(guān)論文以《蚊子大腦編碼人類氣味的獨(dú)特特征以驅(qū)動(dòng)宿主尋找》為題，發(fā)表在《自然》上。趙志磊擔(dān)任第一作者和通訊作者，普林斯頓大學(xué)生態(tài)與進(jìn)化生物學(xué)系教授卡羅琳·麥克布賴德?lián)喂餐ㄓ嵶髡摺?/p>

01 “頭晚下暴雨，校園里的乳草一夜之間都謝了”

實(shí)驗(yàn)顯示圖

2016年，是趙志磊在普林斯頓大學(xué)讀博的第二年，他當(dāng)時(shí)啟動(dòng)了這項(xiàng)研究。主要挑戰(zhàn)在于如何實(shí)現(xiàn)技術(shù)上突破，例如基因編輯、鈣成像等新技術(shù)。

因此，前期有兩三年都是在做“基建”，即給蚊子開發(fā)基礎(chǔ)的遺傳學(xué)工具。拿到想要的轉(zhuǎn)基因蚊子品系后，便開始探索如何在顯微鏡下觀察它們的大腦活動(dòng)。

當(dāng)時(shí)的方法都不夠適合，研究一度陷入瓶頸。直到有一次，課題組偶然從一些化學(xué)家那里了解到一種特殊的方法熱解吸，他們才意識(shí)到也許能應(yīng)用到蚊子研究中，遂開始測(cè)試這一方法。

實(shí)驗(yàn)顯示圖

直到2019年末，課題組才克服掉所有方法學(xué)上的障礙，正式進(jìn)行蚊子大腦的成像實(shí)驗(yàn)。而在第一個(gè)正式實(shí)驗(yàn)里，他們就斬獲驚喜，發(fā)現(xiàn)了那個(gè)只被人的氣味激活的腦區(qū)。而后，則是通過(guò)更嚴(yán)謹(jǐn)詳細(xì)的探索來(lái)證明此次發(fā)現(xiàn)。

蚊子平常以花蜜為食，所以也會(huì)被花的氣味所吸引。因此在實(shí)驗(yàn)中，需要采集花的氣味。該團(tuán)隊(duì)選定了乳草作為采集對(duì)象，因?yàn)榘＜耙廖煤芟矚g它的花蜜，同時(shí)在普林斯頓的校園里也很常見。

一般在正式實(shí)驗(yàn)之前都需要做預(yù)實(shí)驗(yàn)來(lái)優(yōu)化條件。初夏乳草花盛開的時(shí)候，趙志磊開始做預(yù)實(shí)驗(yàn)，開始進(jìn)展都還不錯(cuò)。但是，等把條件都摸清楚后，他們決定做正式實(shí)驗(yàn)時(shí)前一天天晚上下了一場(chǎng)暴雨，校園里的乳草幾乎是一夜之間都謝了，于是便有了文章開頭的驅(qū)車采花。

02 “正好趕上饒毅院長(zhǎng)做改革”

而在科研中，一個(gè)問(wèn)題的解答往往會(huì)引出更多的問(wèn)題。該研究亦是如此。課題組發(fā)現(xiàn)蚊子大腦中有一個(gè)區(qū)域是探測(cè)人的氣味中的癸醛，但他們并不知道是什么基因編碼了這個(gè)嗅覺(jué)受體。

如果找到了這個(gè)基因并把它突變掉，那么這些專門叮人的蚊子是不是就不再喜歡人的氣味了？

同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)研究的是蚊子的初級(jí)嗅覺(jué)腦區(qū)，而蚊子感受到的嗅覺(jué)信息還得經(jīng)過(guò)高級(jí)嗅覺(jué)腦區(qū)的進(jìn)一步處理，才能轉(zhuǎn)化為行為。

所以，在后續(xù)的計(jì)劃清單里，有一項(xiàng)便是要研究蚊子大腦中的高級(jí)嗅覺(jué)腦區(qū)對(duì)人和動(dòng)物氣味的感知。另外，并不是所有的蚊子都專門叮人，甚至以此次研究的埃及伊蚊為例，最早也是既叮人又叮動(dòng)物的，只是在演化的過(guò)程中慢慢變成“咬人專業(yè)戶”。

因此，接下來(lái)一個(gè)很有趣的項(xiàng)目就是比較這些專門叮人的和既叮人又叮動(dòng)物的兩類蚊子，看看它們的大腦、尤其是嗅覺(jué)腦區(qū)有何差別。

據(jù)悉，趙志磊是云南省大理人。目前在美國(guó)康奈爾大學(xué)的神經(jīng)生物學(xué)和行為學(xué)系做博士后，專注于研究鳥類的社會(huì)行為和大腦機(jī)制。其本科就讀于北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，2014年獲得學(xué)士學(xué)位。

他說(shuō)：“當(dāng)時(shí)正好趕上饒毅院長(zhǎng)對(duì)本科生的教學(xué)和科研做改革，給予我們很大的選課自由，同時(shí)鼓勵(lì)我們?cè)邕M(jìn)實(shí)驗(yàn)室接觸科學(xué)研究。所以，我從很早就熟悉做科研的大致過(guò)程，同時(shí)慢慢發(fā)現(xiàn)自己很喜歡做科研。而我本科畢業(yè)論文研究的是果蠅的基因組和演化?！?/p>

2015年秋，趙志磊來(lái)到美國(guó)普林斯頓大學(xué)生態(tài)演化系讀博，期間負(fù)責(zé)神經(jīng)生物學(xué)和演化生物學(xué)的交叉研究，即主要研究大腦和行為的進(jìn)化，算是很獨(dú)特的一個(gè)領(lǐng)域。

而這種獨(dú)特的交叉研究，又啟發(fā)了趙志磊的科學(xué)思維塑造。這讓他能從不同角度來(lái)思考同一問(wèn)題，而不必局限于某個(gè)特定領(lǐng)域。目前，其博士后研究也承襲了這一思路。