2019-07-03 05:29:02
蚊子为什么选择我们 Lindy McBride就是这个案子

Carolyn“Lindy”McBride正在研究一个每年夏天都会遇到困扰的问题:蚊子如何以及为何被人类吸引?

很少有动物像携带寨卡病毒,疟疾和登革热等疾病的蚊子一样彻底。

事实上,在世界上超过3000种蚊子中,大多数都是机会主义,生态与进化生物学和普林斯顿神经科学研究所助理教授麦克布莱德说。它们可能是哺乳动物的叮咬者,或鸟类叮咬者,对这些类别中的各种物种有轻微的偏好,但大多数蚊子既不是完全不加区别的,也不是物种特异性的。但是麦克布赖德最感兴趣的是科学家称之为“疾病载体”的蚊子 - 困扰人类的疾病的载体 - 其中一些疾病已经进化为几乎完全咬人。

她研究了几种携带疾病的蚊子,包括埃及伊蚊(Aedes aegypti),它是登革热,寨卡病毒和黄热病的主要传播媒介,以及携带西尼罗河病毒的淡色库蚊(Culex pipiens)。A. aegypti专门研究人类,而C. pipiens不太专业,允许它将西尼罗河从鸟类传播给人类。

“这是专家,往往是最好的疾病媒介,原因很明显:他们咬了很多人,”麦克布赖德说。她试图了解这些蚊子的大脑和基因组如何进化,使它们专注于人类 - 包括它们如何能够如此有效地将我们与其他哺乳动物区分开来。

为了帮助她了解是什么吸引人类专门的蚊子给我们,麦克布赖德将寨卡蚊子的行为,遗传和大脑与非人类特有物种的非洲株进行比较。

在一项研究中,她研究动物大脑如何解释复杂的香气。这是一个比它最初出现的更复杂的命题,因为人类气味由100多种不同的化合物组成 - 并且大多数哺乳动物中存在相同的化合物,其比例略有不同。

“这些化学物质中没有任何一种本身对蚊子有吸引力,因此蚊子必须认识到这种比例,即确定人类气味的成分的精确混合物,”麦克布赖德说。 “那么他们的大脑如何解决这个问题?”

她还在研究什么化合物组合吸引蚊子。这可能会导致诱饵将蚊子吸引到致命的陷阱,或者是阻止信号中断的驱虫剂。

麦克布莱德说,近几十年来大多数的蚊子研究都是行为实验,这些实验非常耗费人力。 “你给他们一个气味然后说'你喜欢这个吗?'甚至有五种化合物,你必须经历的排列数量才能确定正确的比例是多少 - 它是压倒性的。“使用15或20种化合物,排列数量急剧增加,并且完全补充100种,这是天文数字。

为了测试蚊子的气味偏好,麦克布赖德的实验室主要使用豚鼠,小型哺乳动物与人类相同的100种气味化合物的不同混合物。研究人员通过在他们的身体上吹空气来收集他们的气味,然后他们在蚊子和人类手臂之间选择蚊子。 McBride表示,人类专门的“家养”埃及伊蚊将在90%至95%的时间内向手臂移动,但非洲“森林”埃及伊蚊的蚊子更容易飞向豚鼠的香气。

在最近的另一项实验中,2018年级的高级Meredith Mihalopoulos招募了7名志愿者并对森林和国内埃及伊蚊进行了“偏好测试”。她让蚊子在自己和每个志愿者之间做出选择,发现有些人比其他人对昆虫更有吸引力。然后,McBride实验室的研究专家Alexis Kriete分析了所有参与者的气味。他们表明,虽然存在相同的化合物,但每个人彼此之间的相似性比豚鼠更相似。

“任何动物气味都没有什么特别之处,”麦克布赖德说。“没有一种化合物能够成为豚鼠的特征。为了识别物种,你必须认识到混合物。”

McBride实验室将在其研究中扩展到包括其他哺乳动物和鸟类。研究生Jessica Zung正在与农场和动物园合作,收集50种动物的毛发,毛皮,羽毛和羊毛样本。她希望从中提取气味并分析罗格斯大学工厂的气味,分馏气味并确定化合物的比例。通过将他们的气味特征输入到计算模型中,她和麦克布莱德希望了解蚊子是如何进化的,以区分人类和非人类动物。

McBride的研究生Zhilei Zhao正在开发一种全新的方法:以非常高的分辨率对蚊子进行成像,以弄清楚蚊子如何识别其下一个受害者。 “大脑中哪些神经信号组合会导致蚊子被吸引或被击退?”麦克布赖德问道。 “如果我们能够弄清楚这一点,那么筛选可能具有吸引力或可能具有吸引力的混合物是微不足道的。你将蚊子放在那里,打开它的头部,对大脑进行成像,一个接一个地喷出一种香气并注意:它是否会击中正确的神经元组合?“

这项研究的关键是普林斯顿贝索斯神经回路动力学中心提供的成像设备,McBride说。 “我们可以走到那里说我们想用这个方向对这个方向进行成像,几个月之后,显微镜就会建成,”她说。 “我们本可以购买一台现成的显微镜,但速度会慢很多,功能也不那么强大。贝索斯中心主任Stephan Thiberge的帮助对我们来说至关重要。”

麦克布莱德开始了她的生物学生涯,研究蝴蝶的进化,但是她被引诱到疾病媒介蚊子是多么容易在实验室后方。虽然McBride研究的蝴蝶需要一年的时间才能开发出来,但A. aegypti蚊子可以在三周内完成整个生命周期,从而实现快速周转基因实验。

“这是第一次把我吸引到蚊子身上,”麦克布赖德说。 “对我而言,令人惊喜的是它们对人类健康的影响令人满意。这当然不是我进入生物学的原因 - 我正在研究山区的鸟类和蝴蝶,远离人类,因为我可以得到 - 我真的很感激蚊子的工作现在。

“但令人兴奋的是,我们如何轻易地操纵蚊子来检验有关新行为如何演变的假设,”她继续道。 “我们可以创造转基因菌株,我们可以敲除基因,我们可以用光激活神经元。所有这些都是在模型系统中完成的,如小鼠和苍蝇,但从未在非模式生物体中完成,从不在生物体中 - 我在这里展示我的偏见 - 这种有趣的生态和进化。“

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