蚊子的嗅觉很敏锐 ， 因为在它长长的触角上面有超过2000个嗅觉感受器 ， 非常多 。
当蚊子闻到气味时 ， 它的嗅觉感受器会被相应的化学分子激活 ， 然后把信号传递到大脑的初级嗅觉脑区——这是大脑接收嗅觉信号的第一个脑区 。
这个脑区非常有意思 ， 因为如果我们放大仔细看 ， 就会看到它是由很多的小球组成的 ， 每个小球叫做嗅小球 ， 它是这个脑区的基本功能单位 。 【博士用自己的血一天喂3000只蚊子，终一作发Nature揭示“蚊子怎么只咬你”】
不同嗅小球探测的是不同化学分子 ， 就像一个个信号通道 ， 它们传递的是相对独立的信息 。 蚊子的大脑里面大概有60个嗅小球 ， 也就是说它有60个信号通道 。 但是如果想要知道蚊子在闻到人的气味时在想什么 ， 光是在显微镜下看到它好看的结构还不够 ， 因为染色会让蚊子大脑失去活性 ， 染色后的蚊子已经死了 ， 而我们需要被开颅的蚊子还要活着 ， 才可以实时记录它们大脑的活动 。
不只是我们 ， 几乎所有研究蚊子的科学家都非常渴望这样的方法 。 直到10年前基因编辑技术的出现 ， 才让这种方法变得有可能 。
我们的想法是通过编辑蚊子的基因 ， 特异性地标记大脑中的神经细胞 ， 让它们可以表达荧光蛋白 。 当某个脑区的神经细胞被激活时 ， 荧光就会增强 ， 这样我们就可以知道是哪个脑区被激活了 。 不过这个想法虽然听上去很美好 ， 但是实际操作起来却很有挑战性 ， 因为基因编辑在蚊子里面成功的效率太低了 ， 成功率甚至低于0.1% 。 这就意味着每次要筛选大量的蚊子 ， 才能成功获得一只我们需要的蚊子 。 我第一次做基因编辑的时候 ， 希望标记所有的神经细胞 ， 标记整个蚊子的大脑 。 经过差不多半年的努力 ， 我才终于在显微镜下筛选到了几只发着荧光的幼虫 。
当时我非常兴奋 ， 感觉这个课题要成功了 ， 但是几天之后我又变得很沮丧 ， 因为所有这些发着荧光的幼虫都没有活下来 ， 可能是在基因编辑时影响了它们的神经系统 。 所以没有办法 ， 我只能一遍遍修改策略 ， 从头再来 。 就这样反反复复花了差不多五年的时间 ， 我们才陆续制造出了一些可以用的转基因蚊子 。 我们通过编辑不同的基因标记了不同的神经细胞 。
▲ 左右滑动查看不同标记的蚊脑
比如说这一支蚊子标记了所有神经细胞 ， 所以整个大脑都发着荧光 ， 我们就可以观察整个大脑的神经活动 。
当然我们也可以特异性地标记一些脑区 ， 比如说下面这张图标记了初级嗅觉脑区 ，
最后一个图我们标记了高级嗅觉脑区 ，
这样就可以通过记录荧光的强弱来观察大脑的哪个脑区在活动 。 在这个实验里面我们给这些转基因蚊子做了开颅手术 ， 然后观察它的初级嗅觉脑区 ， 同时用气味分子正己醇来刺激它的触角 。
大家可以看到 ， 当我们用正己醇来刺激蚊子触角时 ， 有很多嗅小球被激活 ， 而且不同的嗅小球被激活的强弱、先后顺序也都不一样 。
有了这样的方法 ， 我们就可以给同一只蚊子闻不同的气味 ， 然后比较它的大脑活动了 。 我们做的第一个实验是给同一只蚊子闻8个人和5种动物的气味 ， 然后比较它的大脑活动有什么不同 。 当然这时可能有人会疑惑 ， 你们研究的蚊子不是只咬人吗？为什么它也会咬动物呢？其实埃及伊蚊只咬人指的是在有人类存在的时候只咬人 ， 我们也做过测试 ， 在没有人的情况下 ， 也会有一部分蚊子不得不去咬其他动物 。 当我们只给蚊子通空气 ， 也就是没有气味的时候 ， 蚊子的大脑几乎没有激活 。
▲ 方框里表示的是蚊子的初级嗅觉脑区在闻到一种气味时候的大脑活动 ， 红色越深表示激活越强 。 但是当蚊子闻到人的气味的时候 ， 有好几个嗅小球被大量激活 。
▲ 蚊子闻到人的气味时 ， 初级嗅觉脑区的大脑活动 ， 红色越深表示激活越强 。 更为有趣的是 ， 当我们比较全部实验结果的时候 ， 发现有一个特殊的嗅小球 ， 它只被人的气味激活 ， 对动物的气味几乎没有反应 。
▲ 给一只蚊子闻8个人和5种动物的气味后 ， 蚊子大脑的实时活动 。 绿色箭头：只被人的气味激活的嗅小球；橙色箭头：会被动物激活的嗅小球；蓝色箭头：对人和动物的气味都有反应的嗅小球
而有的嗅小球会在闻到动物的气味时被大量地激活 ， 但是在闻到人的气味的时候几乎没有反应 ， 或者反应很小 ， 还有一个嗅小球对人和动物的气味都有反应 。 通过对比这三个嗅小球的活动 ， 我们发现很有意思的是比起其他动物 ， 蚊子在闻到狗的气味和闻到人的气味时 ， 大脑产生的神经活动是最相近的 。
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