嗡星人大概是人类最讨厌的昆虫之一了:它们不仅会吸血，会给人留下奇痒难忍的包，更是很多病原体的中间宿主——比如黄热病，以及近来在广东肆虐的登革热。为了弄清是什么让一种叫埃及伊蚊（Aedes aegypti）的蚊子爱上人血，洛克菲勒大学的研究团队深入了肯尼亚沿岸的丛林。现阶段的结果[1]今天发表在《自然》杂志上。
在所有的昆虫里，有约一万个物种以动物血液为食，其中的一百来种则偏好人类的血液[2]——这样的偏好更可能是近期才在偏好动物血的基础上发展而来的。埃及伊蚊尤其如此：它们的祖先生活在亚沙哈拉森林里，只叮其他动物。后来，其中一部分埃及伊蚊继续在森林里安分守己地骚扰那里的动物，另一部分却逐渐喜欢上了人类的血，从此不仅随人类到了世界各地，还将登革热和黄热病一并带了出去 [3]。
“我们调查了非洲东海岸（肯尼亚）林区和人类居住区的蚊子种群。这里是已知的世界上唯一一个有两种类型的埃及伊蚊共存的地方。”文章的第一作者，卡罗琳·麦克布赖德（Carolyn S. McBride）告诉果壳网科学人，“生活在拉巴依（Rabai）的这些种群在上世纪六七十年代被详细地研究过，研究者们记录了许多它们的有趣行为，以及生理和形态差异。但自那之后，就没有人再研究它们了，也没有人检查过这些差异的遗传基础。这项研究刚开始时，我们都不知道这两个类型的蚊子是否依然都存在肯尼亚沿海。
研究小组在拉巴依的居民区室内外和林区都进行了蚊子采集。图a：样本采集地点。图示分别为：屋形：室内（Indoor）；树形：室外（Outdoor）；灰色点：建筑（Building）；绿色区域（Forest）；蓝色线条：河流（River）；双线条：道路（Road）。图b：室内样本采集装置；图c：室外样本采集装置；图d：居民区（Domestic）和林区（Forest）的埃及伊蚊。图片来源：研究论文
带着这种不确定，研究小组在肯尼亚的居民区和林区都采集了埃及伊蚊，并记录下幼虫和成虫样本所在的地区。随后，他们在实验室中培养出了29群蚊子进行深入观察和研究。分析结果发现，这29群蚊子则各自展现出不同程度的偏向，提示两类偏好不同的同种蚊子在35年后依然共同生活在拉巴依——它们虽然仍是一个物种，但长相上的差别却很显著：居民区的蚊子不仅体色更接近棕色，腹部的纹路也不一样。
不过相比起行为上的差别，体色和纹路的差异可谓是细枝末节。在随后的研究中，研究人员用多种方法测试居民区和林区的蚊子对不同食物来源和气味的偏好情况，其中之一便是极度体现科学献身精神的叮咬实验。在实验中，33岁的作者贡献出自己的手臂，和一只被麻醉的豚鼠一起喂蚊子——通过统计吸人血和吸豚鼠血的蚊子个数，研究者得到了两类蚊子的偏好。总得来说，居民区的蚊子在研究者手上留下的“吻痕”比在豚鼠上的多。同时，它们也更喜欢朝有“人味”的地方飞。
研究人员用多种方法测试蚊子对不同食物来源和气味的喜好。左图中，研究人员将手伸入装有豚鼠和蚊子的容器中，一定时间后分别统计叮咬人手和豚鼠的蚊子个数。右图中，容器一端的两个不同部位开有小口，分别用二氧化碳将人类或者豚鼠的气味吹向孔内。研究人员会记录蚊子在这两个部位聚集的程度。图片来源：研究论文
为了探究这两种叮咬偏好背后的遗传和分子基础，研究小组让这两类蚊子进行杂交，并在随后让子一代自交，产生子二代，以方便进行数量性状分析。由于对蚊子而言，触角就好像它们的“鼻子”，研究者集中对雌蚊的触角进行了RNA测序，对喜欢叮人和叮豚鼠的雌蚊的基因表达差异。
结果发现，与喜欢叮豚鼠的蚊子相比，喜欢叮人的蚊子触角中有14个基因发生了相同趋势的表达差异，“其中的两个基因编码气味受体，AaegOr4（伊蚊气味受体4，简称OR4）则是其中之一。”麦克布赖德向科学人介绍道，“我们选择关注AaegOr4而不是另一个，因为它在叮人雌蚊的触角中的绝对表达水平也很高。但另一个气味受体也可能参与了（气味喜好差异的形成）。我们将在下一步实验中研究它。”
麦克布赖德和她手上的实验对象：埃及伊蚊Aedes aegypti （左） 和 Aedes aegypti formosus（右）。图片来源：Alex Wild
OR4是检测什么气味的呢？研究小组将这个基因转到了模式动物果蝇的身上，以便于进一步分析。他们收集了人类和动物散发出来的气味，发现和动物比起来，人类散发的甲基庚烯酮尤其多——而转有OR4的果蝇对甲基庚烯酮的气味也格外敏感。不仅如此，研究者发现，他们采集的蚊子中一共存在7个等位基因编码OR4，而且表达产物对甲基庚烯酮的敏感程度不同。而在喜好人类气味的蚊子中，对甲基庚烯酮敏感度高的几种OR4恰好有着较高的基因频率，而且基因的表达水平也更高。
这是否意味着我们找到了诱使蚊子吸人血的关键气味因子呢？麦克布赖德向果壳网科学人澄清了这一误解：“我们不认为AaegOr4是唯一一个造成蚊子这种行为变化的基因，可能还有其它遗传变化参与其中。”换言之，OR4只是养成蚊子叮人这个喜好的一小步，而这项研究有助于人们更好地理解分子机制对动物行为的影响。
有意思的是，甲基庚烯酮的气味在浓度较高时还被用于避蚊。麦克布赖德告诉果壳网科学人，这并不与他们的发现相矛盾：“有可能是甲基庚烯酮在混合气味中才会帮助蚊子确认是人类。但这并不意味这甲基庚烯酮越多，闻起来就更有‘人味’。”她说，“蚊子们可能只喜欢一丁点甲基庚烯酮味，太浓了就不喜欢了。这就像盐之于人类一样。我们喜欢在食物里加盐——但如果加多了，我们就不喜欢了。”（编辑：Calo）
参考文献：
- Carolyn S. McBride, et al. (2014). Evolution of mosquito preference for humans linked to an odorant receptor. Nature, 515 (7526): 222
- Lehane, M. J. (2005). The biology of blood-sucking in insects. Cambridge University Press.
- Brown, J. E. et al. (2014). Human impacts have shaped historical and recent evolution in Aedes aegypti, the dengue and yellow fever mosquito. Evolution,68(2), 514-525.