蚊子追踪气味的新发现或能研发更有效的驱蚊剂

一项新研究表明,人类气味和呼吸会触发蚊子体内相同的感受器

正在寻觅吸血机会的蚊子会被人类每次呼吸时呼出的二氧化碳气流所吸引。但它们也会在脏袜子和旧衣服周围嗡嗡作响——即使在没有喘气的人的情况下,也会被皮肤气味所吸引——这让科学家们困惑,究竟是什么内在机制驱使蚊子去“赴宴”。

对蚊子神经元和行为的更深入研究现已揭示,蚊子以与感知二氧化碳相同的方式来辨别“人体香气”。昆虫依靠相同的感受器和相同的神经通路来探测裸露的脚踝和二氧化碳。

这项嗅觉突破为未来全球范围内的蚊虫控制开辟了新的可能性。通过利用已知的可以阻断一类嗅觉神经元的化合物,科学家们或许能够更好地伪装人类以躲避蚊子的探测,或者用化学诱饵将蚊子从人类身边引开。即使仅仅减少一些叮咬,也可能有助于预防疟疾、黄热病和登革热——所有这些疾病都是通过雌性蚊子的叮咬传播的。


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这项研究最初始于臭脚。

来自加州大学河滨分校的一个研究小组将气味收集珠放在他们自己的袜子中以收集气味,并将它们放在一个有饥饿蚊子的实验风洞中,珠子在那里充当人类的替代品。然后,研究人员用一种化学物质喷洒传播登革热的蚊子,这种化学物质通过阻断一种名为 neuron–cpA 的受体(一种在口器附近被称为上颚须的一对小型触角状结构上发现的感觉细胞)来关闭蚊子探测二氧化碳的能力。与用不干扰 cpA 的物质喷洒的蚊子相比,cpA 受阻的蚊子寻找臭珠的可能性降低了约 75%。即使它们的飞行能力没有受到化学物质的影响,约 85% 的 cpA 受阻蚊子也没有到达气味珠。相比之下,除 35% 以外的所有未受抑制的蚊子都到达了珠子。这项研究首次确定了特定类型的神经元与蚊子的人体气味感知能力之间的因果关系,该研究发表在 12 月 5 日的《细胞》杂志上。

这项新研究表明,上颚须而不是触角本身,用于寻找人类。“包括我们自己在内的许多科学家,主要关注蚊子的触角”来感知呼出的二氧化碳以外的人类气味,加州大学河滨分校的昆虫学家、资深研究作者 Anandasankar Ray 说。蚊子通过 cpA 感知人类的能力是“完全出乎意料的”,他说。

人体气味是皮肤、汗液和细菌的复杂混合物,科学家们仍然不知道为什么一个人的皮肤比她的邻居的皮肤更具吸引力。然而,该团队确实发现,蚊子对二氧化碳和皮肤气味剂的混合物比单独对其中任何一种诱惑剂的反应更强烈。

部分基于新的 cpA 发现,科学家们编制了一份包含数千种化学候选物的清单,用于未来的驱蚊剂。他们将该清单缩小到自然界中发现的 138 种物质,然后进一步削减,最终确定了少数几个主要竞争者,这些竞争者价格低廉、气味宜人(对人类而言)并且已被证明对某些人类用途是安全的。

其中一种化学物质,丙酮酸乙酯,是一种带有水果香味的 cpA 抑制剂,已被批准作为食品中的调味剂,并且可以在某些葡萄酒中找到。该团队表明,与未处理的手套相比,蚊子对涂有丙酮酸乙酯的手套的人手兴趣较低。作者写道,这种化合物可以为避蚊胺 (DEET) 提供一种安全有效的替代品,避蚊胺在非洲和亚洲的疾病高发地区并未广泛使用,这主要是由于成本以及需要在所有暴露的身体部位持续涂抹。Ray 说,理想情况下,丙酮酸乙酯应该比 DEET 更便宜,并且可以喷洒在蚊帐或其他表面上,以充当短期的“人类隐形斗篷”来驱赶蚊子。

蚊子确实有其他人类感知工具,而不是 cpA。但即使预防少量叮咬也可能产生巨大影响,因为雌性蚊子必须至少吸食两次血液才能传播疟疾或登革热等疾病——一次是感染疾病,另一次是将其传播出去。

除了发现如何掩盖人类气味外,该团队的实验还偶然发现了一种吸引蚊子的化学物质。研究人员发现,正如蚊子被二氧化碳吸引一样,它们也被一种薄荷香味的化合物环戊酮所吸引,这种化学物质通过 cpA 神经元触发相同的激活途径。这一发现可能为比使用二氧化碳的蚊子陷阱更便宜、更简单的蚊子陷阱奠定基础,二氧化碳陷阱通常涉及干冰或燃烧丙烷,并且难以在发展中国家部署。在实验室中,环戊酮陷阱被证明与现有的二氧化碳陷阱一样有效。“据我们所知,在没有二氧化碳的情况下,还没有其他化学物质能够成功地将大量蚊子诱入陷阱,更不用说达到与二氧化碳相当的水平,”研究人员在他们的研究报告中指出。

2011 年,Ray 的研究小组在《自然》杂志上发表了一篇研究,其中确定了几种可以激活或抑制 cpA 受体的化学物质——当时已知 cpA 受体可以感知二氧化碳,但不能感知人体气味——然而,这些化学物质可能气味难闻,并且在必要的浓度下对人体暴露不安全,他说。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)在这些新实验中确定的某些材料的安全性也必须进行评估。例如,一些关于丙酮酸乙酯的研究表明,反复暴露于皮肤可能会导致皲裂、剥落或干燥。

伦敦卫生与热带医学院节肢动物控制产品测试中心的科学主任詹姆斯·洛根说,尽管这项新研究看起来“很有前景”,但新确定的化合物尚未在实验室外进行测试,他没有参与这项研究。“将化合物推向市场并投入实践是一个漫长而昂贵的过程,”洛根说。他补充说,最有用的驱蚊化合物“将是一种在远处驱蚊的化合物,提供空间驱避性,而无需直接涂抹在皮肤上。”

 

 

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