“我找遍整個小鎮(zhèn)都沒有合適的。當時很著急，如果真的找不到，就得等明年。還好我導師的朋友說，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個多小時，一路向北抵達森林。當看到那片盛開的乳草和周圍翩翩起舞的帝王蝴蝶時，幾乎喜極而泣。采完花我立刻返回實驗室，當晚通宵把它們的氣味采集固定下來，這才回去睡了個踏實覺?！?/p>

看完這段話，一般人可能會想，采花不應該是很浪漫，為何這么著急忙慌？對于科研人員來說，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，進而啟發(fā)了一篇《自然》論文。該論文可給人類永恒的痛點——滅蚊帶來新“神器”。有兩位審稿人認為，此次使用的方法不僅頗具開創(chuàng)性，同時也是理解蚊子嗅覺的里程碑工作。

擔任論文一作兼通訊的北京大學趙志磊表示：“在風洞實驗中，有超過60%的蚊子被它吸引。課題組也因此申請了專利，希望能把這個混合物應用到捕蚊器當中，來吸引誘殺蚊子。另一個思路是，如果能篩選到一個化合物來抑制蚊子對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)蚊劑來使用。”

他說，人的氣味很復雜，可能有上百種化學分子混合其中。但是，此次研究發(fā)現(xiàn)在蚊子大腦中的初級嗅覺腦區(qū)，只有兩個區(qū)域被激活。這意味著人們或能使用很簡單的混合物，來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?shù)谋壤旌希梢院芎玫啬M人的氣味，從而刺激蚊子大腦的激活模式。同時，這個雙組分的混合物對蚊子有很強的吸引力。

蚊子，在日常生活中隨處可見，不僅煩人而且還會很危險，它們會給人類傳播瘧疾、登革熱等的致命疾病。在演化過程中，一些蚊子物種變成專門從人身上吸血，這類蚊子最為可怕，因為它們給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)绾巫龅綔蚀_區(qū)分人和動物的氣味的？這一直是個未解之謎。因此，該問題不僅是一個很有趣的基礎研究問題，對于公共衛(wèi)生領域也很重要。

事實上，此問題一直有被研究，但是長期未出現(xiàn)大突破。因為，蚊子是非模式生物，可被使用的研究工具很局限。而為了回答該團隊想解決的科學問題，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)學生上課表現(xiàn)進行成績評價。對照組成績?yōu)椋?6.00±5.12）分，試驗組成績?yōu)椋?5.92±5.33）分，兩組比較，差異無統(tǒng)計學意義（t=0.085，P=0.699）。

其中，最關鍵的是遺傳學工具，它能讓研究人員特異性地標記蚊子的大腦，從而記錄到蚊子的神經(jīng)活動。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，實驗室耗時五年左右，才陸續(xù)取得進展，并制造出相關的遺傳學工具。類似的技術(shù)問題還有很多，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。而我們開發(fā)的這些工具和方法，不僅可以應用于蚊子的研究，還可以更廣泛地用來研究其他動物的嗅覺。”趙志磊說。

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

期間，課題組驚奇地發(fā)現(xiàn)，蚊子的嗅覺腦區(qū)中有一個特定的區(qū)域，只能被人的氣味激活，對其他動物的氣味幾乎沒有反應。進一步研究發(fā)現(xiàn)，這個腦區(qū)會特異性地探測人氣味中的一種化學分子——癸醛，這種分子在人的氣味中特別多，在動物的氣味中很少。至此，研究結(jié)論開始明晰起來：蚊子能準確地區(qū)分人和動物的氣味，很有可能是通過檢測癸醛含量的多少。

近日，相關論文以《蚊子大腦編碼人類氣味的獨特特征以驅(qū)動宿主尋找》為題，發(fā)表在《自然》上。趙志磊擔任第一作者和通訊作者，普林斯頓大學生態(tài)與進化生物學系教授卡羅琳·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”

實驗顯示圖

2016年，是趙志磊在普林斯頓大學讀博的第二年，他當時啟動了這項研究。主要挑戰(zhàn)在于如何實現(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)基礎的遺傳學工具。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。

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

實驗顯示圖

直到2019年末，課題組才克服掉所有方法學上的障礙，正式進行蚊子大腦的成像實驗。而在第一個正式實驗里，他們就斬獲驚喜，發(fā)現(xiàn)了那個只被人的氣味激活的腦區(qū)。而后，則是通過更嚴謹詳細的探索來證明此次發(fā)現(xiàn)。

蚊子平常以花蜜為食，所以也會被花的氣味所吸引。因此在實驗中，需要采集花的氣味。該團隊選定了乳草作為采集對象，因為埃及伊蚊很喜歡它的花蜜，同時在普林斯頓的校園里也很常見。

一般在正式實驗之前都需要做預實驗來優(yōu)化條件。初夏乳草花盛開的時候，趙志磊開始做預實驗，開始進展都還不錯。但是，等把條件都摸清楚后，他們決定做正式實驗時前一天天晚上下了一場暴雨，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 “正好趕上饒毅院長做改革”

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

如果找到了這個基因并把它突變掉，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，該團隊研究的是蚊子的初級嗅覺腦區(qū)，而蚊子感受到的嗅覺信息還得經(jīng)過高級嗅覺腦區(qū)的進一步處理，才能轉(zhuǎn)化為行為。

所以，在后續(xù)的計劃清單里，有一項便是要研究蚊子大腦中的高級嗅覺腦區(qū)對人和動物氣味的感知。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物的，只是在演化的過程中慢慢變成“咬人專業(yè)戶”。

因此，接下來一個很有趣的項目就是比較這些專門叮人的和既叮人又叮動物的兩類蚊子，看看它們的大腦、尤其是嗅覺腦區(qū)有何差別。

據(jù)悉，趙志磊是云南省大理人。目前在美國康奈爾大學的神經(jīng)生物學和行為學系做博士后，專注于研究鳥類的社會行為和大腦機制。其本科就讀于北京大學生命科學學院，2014年獲得學士學位。

他說：“當時正好趕上饒毅院長對本科生的教學和科研做改革，給予我們很大的選課自由，同時鼓勵我們早進實驗室接觸科學研究。所以，我從很早就熟悉做科研的大致過程，同時慢慢發(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，趙志磊來到美國普林斯頓大學生態(tài)演化系讀博，期間負責神經(jīng)生物學和演化生物學的交叉研究，即主要研究大腦和行為的進化，算是很獨特的一個領域。

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