本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
北半球的夏天在召唤。随着气温升高，海滩游客将涌入沙滩，带着薯片和三明治等食物。公园里会涌现野餐，备有粉红色的西瓜块和汽水。这对于人们来说是盛宴，对于昆虫来说也无疑如此。在短短几秒钟内，苍蝇和蜜蜂就会蜂拥而至，但它们是如何如此迅速地嗅出食物的？根据马克斯·普朗克化学生态研究所的最新研究，知道如何飞行可能是原因。
他们的发现挑战了一个关于昆虫何时首次进化出嗅觉的旧理论。昆虫与甲壳类动物有共同的祖先，后者缺乏通常与嗅觉相关的物理机制。科学家们推测，当这个海洋祖先大约在4.8亿年前登陆时，它发展出嗅觉硬件，用于筛选其新的空气环境中弥漫的香气。
“事实并非如此。他们在很长一段时间后仍然保留着旧的嗅觉方式，”进化神经行为学家比尔·汉森（Bill Hansson）说，他领导了最近发表在eLife上的这项研究。为了得出这个结论，汉森的团队检查了地球上两种最原始的昆虫：石蛃（Lepismachilis y-signata）和衣鱼（Thermobia domestica）。
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石蛃看起来像是小虾和蜘蛛的杂交体。它们的起源可以追溯到3.9亿年前的“昆虫界”早期。衣鱼晚了6000万年出现；它们类似于蠹鱼，那些喜欢在浴缸和地下室里到处乱窜的扁平、金属色的虫子。
先前关于昆虫嗅觉的研究主要集中在有翅膀的昆虫上，如果蝇（Drosophila melanogaster）。石蛃和衣鱼是无翅的，但与果蝇是近亲，因此汉森和他的团队决定通过比较这三种物种来绘制昆虫嗅觉的进化图景。
果蝇的嗅觉从它们的触角开始，触角上布满了覆盖着嗅觉受体 (OR) 的嗅觉感觉神经元——蛋白质“卫星接收器”，可检测气味分子。OR 是当今的嗅觉装备。它们存在于大多数有嗅觉的陆地哺乳动物和昆虫中。OR 并非单独工作。另一种名为 Orco 的受体与 OR 合作，并调整它们对气味的反应。然而，从未有证据表明 Orco 能独自检测气味。
研究人员扫描了石蛃的基因组，没有发现 OR 或 Orco 的踪迹。然而，石蛃的触角确实对气味做出了反应，尽管相对于果蝇来说反应较弱。石蛃的触角确实容纳了高密度的离子型受体。这些蛋白质被认为是更古老的化学感应形式，最近被认为与蜻蜓身上发现的原始嗅觉系统有关。利用电子显微镜，汉森的团队观察了感觉器（sensilla）的结构，感觉器是触角上容纳感觉神经元的微小角质层。他们发现，总的来说，石蛃的嗅觉感觉器缺乏现代昆虫的结构。
沿着进化之路前进，衣鱼更加奇特。它们对同样的一系列气味有更强烈的反应，但仍然缺乏 OR。衣鱼确实拥有三个 Orco 相关基因的副本，这些基因仅由嗅觉感觉器产生。
研究结果引发了一系列问题，例如：衣鱼是否代表了一种中间嗅觉系统，其中 Orco 发挥着以前未定义的作用？然而，这些发现表明 OR 和现代嗅觉需要时间才能发展起来。
“其生活方式的关键变化不可能是实际的登陆本身，”瑞士洛桑大学的感官进化科学家理查德·本顿（Richard Benton）说，他没有参与这项研究。
汉森推测，植物长高促使了 OR 的发展。随着食物资源向上移动，昆虫长出了翅膀，需要一种找到食物的方法。为了支持他的假设，他的团队检查并检测了第四个物种，即叶虫 Phyllium siccifolium 中的 OR 和 Orco。
汉森说：“叶虫代表了现代飞行昆虫的原始形式。我们表明，在 OR-Orco 嗅觉方式发展起来之前，可能已经过去了数千万年。事实上，我们在任何非新翅类 [非飞行] 昆虫中都没有发现它。”
本顿也表达了同样的观点，但持谨慎态度。“需要更多的物种来真正加强这一观点，但这已经是一个很好的开始，”他说。“它应该激发更多对非经典昆虫模型的研究，这将有助于填补该感官系统的进化图景。”
图片由比尔·汉森提供。