เรียนรู้เกี่ยวกับยุง

ยุงส่วนใหญ่ในโลกฉวยโอกาส เต็มใจที่จะดื่มเลือดจากแหล่งที่อยู่ใกล้เคียง แต่ในบางภูมิภาค ยุงที่เป็นพาหะนำโรคไข้ซิกา ไข้เลือดออก และไข้เหลือง หรือAedes aegyptiได้วิวัฒนาการมาเพื่อกัดมนุษย์โดยเฉพาะ แต่การจะประสบความสำเร็จในฐานะผู้ป้อนอาหารที่เชี่ยวชาญนั้น ต้องพึ่งพาเพียงสายพันธุ์เดียว - ของเรา - เพื่อความอยู่รอด พวกมันต้องพัฒนากลยุทธ์การกำหนดเป้าหมายที่แม่นยำอย่างเหลือเชื่อ พวกเขาทำมันได้อย่างไร? แคโรลีน "ลินดี" แมคไบรด์ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านนิเวศวิทยา ชีววิทยาวิวัฒนาการ และประสาทวิทยาศาสตร์ กล่าวว่า "เราตั้งใจพยายามทำความเข้าใจว่ายุงเหล่านี้แยกแยะกลิ่นของมนุษย์และสัตว์ได้อย่างไร" ทั้งในแง่ของกลิ่นของมนุษย์ที่พวกมันสื่อถึง และส่วนใดของสมองที่ช่วยให้พวกเขาเข้าใจสัญญาณเหล่านั้นได้" หลังจากทำงานอย่างทุ่มเทเป็นเวลาหลายปี รวมถึงความท้าทายทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนับไม่ถ้วน ทีมของเธอได้ค้นพบคำตอบของทั้งสองส่วนของสมการนี้ ยุงกำลังตรวจจับอะไร และตรวจจับได้อย่างไร? ผลลัพธ์ของพวกเขาปรากฏใน Natureฉบับปัจจุบัน McBride อธิบายวิธีการที่มียุงเป็นศูนย์กลาง: "เราเหมือนนกพิราบเข้าไปในสมองของยุงและถามว่า 'คุณดมกลิ่นอะไรได้บ้าง อะไรทำให้สมองของคุณสว่างขึ้น อะไรกระตุ้นเซลล์ประสาทของคุณ? และสมองของคุณทำงานแตกต่างกันอย่างไรเมื่อคุณได้กลิ่นมนุษย์' กลิ่นกับกลิ่นสัตว์?'" นักศึกษาปริญญาโท Zhilei Zhao, 2021 Ph.D. ศิษย์เก่าที่ปัจจุบันอยู่ที่ Cornell เป็นผู้บุกเบิกวิธีการใหม่ของพวกเขา นั่นคือการถ่ายภาพสมองยุงด้วยความละเอียดสูงมากเพื่อดูว่ายุงระบุเหยื่อรายต่อไปของมันได้อย่างไร ในการทำเช่นนั้น อันดับแรกเขาต้องทำการดัดแปลงพันธุกรรมของยุงที่มีสมองสว่างขึ้นเมื่อเคลื่อนไหว จากนั้นทีมงานต้องส่งอากาศที่มีกลิ่นของมนุษย์และสัตว์ในรูปแบบที่ยุงสามารถตรวจจับได้ขณะอยู่ภายในอุปกรณ์สร้างภาพที่สร้างขึ้นเองของทีม กลิ่นของมนุษย์ประกอบด้วยสารประกอบต่างๆ มากมาย และสารประกอบเดียวกันนี้ในอัตราส่วนที่ต่างกันเล็กน้อยจะมีอยู่ในกลิ่นของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมส่วนใหญ่ ไม่มีสารประกอบใดที่ดึงดูดยุงได้ด้วยตัวมันเอง ดังนั้นความท้าทายคือการกำหนดส่วนผสมที่แน่นอนของส่วนประกอบที่ยุงใช้ในการรับรู้กลิ่นของมนุษย์ ทีมงานสรุปได้ว่าสารเคมี 2 ชนิด ได้แก่ decanal และ undecanal นั้นอุดมไปด้วยกลิ่นของมนุษย์ พวกเขาจดสิทธิบัตรส่วนผสมที่มีดีคานาลซึ่งพวกเขาหวังว่าจะสามารถนำไปสู่เหยื่อที่ดึงดูด ยุง ไปสู่กับดักที่ทำให้ตายได้ หรือสารขับไล่ที่รบกวนสัญญาณ ในการจัดเตรียมสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเปรียบเทียบสำหรับการทดสอบ นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Jessica Zung ได้ทำงานร่วมกับอดีตผู้เชี่ยวชาญด้านการวิจัย Alexis Kriete และ Azwad Iqbal เพื่อเก็บตัวอย่างขน ขนสัตว์ และขนสัตว์ สำหรับบทความนี้ ทีมงานใช้กลิ่นจากมนุษย์ 16 ตัว หนู 2 ตัว หนูตะเภา 2 ตัว นกกระทา 2 ตัว แกะ 1 ตัว และสุนัข 4 ตัว Howell Living History Farm ในโฮปเวลล์ รัฐนิวเจอร์ซี บริจาคขนแกะหลายตัวจากการตัดขนแกะในฤดูใบไม้ผลิ สำหรับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมอีกตัว Zung ไปที่ร้านตัดแต่งขนและรวบรวมขนที่เล็มขนมาจากสุนัขที่เพิ่งตัดแต่งขน "สำหรับตัวอย่างของมนุษย์ เรามีอาสาสมัครที่ยอดเยี่ยมมากมาย" Zung กล่าว “เราไม่ได้ให้พวกเขาอาบน้ำสักสองสามวัน จากนั้นให้เปลื้องผ้าและนอนลงในถุงเทฟล่อน” ทำไมต้องเปลือยกาย? เนื่องจากเส้นใยผ้าฝ้าย โพลีเอสเตอร์ และเส้นใยเสื้อผ้าอื่นๆ มีกลิ่นเฉพาะตัวที่อาจบิดเบือนข้อมูลได้ เมื่อพวกเขาเอาชนะความท้าทายทางเทคนิคได้แล้ว -- ดึงกลิ่นของมนุษย์และสัตว์กลับมาโดยไม่ทำลาย การออกแบบระบบที่ทำให้พวกมันพ่นกลิ่นของมนุษย์ไปที่ยุงในการตั้งค่าการถ่ายภาพ สร้างอุโมงค์ลมเพื่อทดสอบสารผสมอย่างง่ายหรือสารประกอบเดี่ยว และขยายพันธุ์สายพันธุ์ที่มีชีวิต ของยุงที่มีสมองตอบสนองต่ออุปกรณ์ พวกมันเริ่มรวบรวมข้อมูล ข้อมูลที่น่าประหลาดใจมาก ก่อนการศึกษานี้ นักวิจัยคาดการณ์ว่าสมองของยุงต้องมีเทคนิคที่ซับซ้อนและซับซ้อนในการแยกมนุษย์ออกจากสัตว์อื่น มันกลับกลายเป็นตรงกันข้าม "ความเรียบง่ายทำให้เราประหลาดใจ" แมคไบรด์กล่าว "แม้กลิ่นของมนุษย์จะมีความซับซ้อน และข้อเท็จจริงที่ว่ามันไม่มีสารประกอบเฉพาะของมนุษย์ใดๆ อยู่ในนั้น ยุงได้พัฒนากลไกง่ายๆ อย่างน่าประหลาดใจในการจดจำเรา สำหรับผมแล้ว มันเป็นเรื่องวิวัฒนาการ ถ้าเรา สร้างการทดสอบทางสถิติเพื่อแยกความแตกต่างของกลิ่นของมนุษย์ มันอาจจะซับซ้อนมาก แต่ยุงทำสิ่งที่ง่ายอย่างน่าทึ่ง และโดยทั่วไปแล้ว ความเรียบง่ายมักจะได้ผลดีเมื่อเป็นเรื่องของวิวัฒนาการ" กล่าวอีกนัยหนึ่ง วิธีแก้ปัญหาง่ายๆ มักจะเกิดขึ้นจริงในช่วงเวลาวิวัฒนาการ สมองของยุงมีศูนย์ประสาท 60 แห่งที่เรียกว่า โกลเมอรูลัส (เอกพจน์: โกลเมอรูลัส) ทีมงานได้ตั้งสมมติฐานว่าหลายคน - อาจจะมากที่สุด - จะมีส่วนร่วมในการช่วยยุงที่พึ่งพามนุษย์เหล่านี้ในการค้นหาอาหารโปรดของพวกมัน "ตอนที่ฉันเห็นการทำงานของสมองครั้งแรก ฉันไม่อยากเชื่อเลย แค่ glomeruli สองอันเท่านั้นที่เกี่ยวข้อง" Zhao กล่าว "นั่นขัดแย้งกับทุกสิ่งที่เราคาดไว้ ดังนั้นฉันจึงทำการทดลองซ้ำหลายครั้งกับมนุษย์และสัตว์มากขึ้น ฉันไม่อยากจะเชื่อเลย มันง่ายมาก" จากศูนย์ประสาททั้งสองแห่ง แห่งหนึ่งตอบสนองต่อกลิ่นต่างๆ มากมาย รวมทั้งกลิ่นของมนุษย์ โดยพื้นฐานแล้วจะบอกว่า "เฮ้ ดูสิ มีอะไรน่าสนใจใกล้ๆ นี้ที่คุณควรลองดู" ในขณะที่อีกศูนย์หนึ่งจะตอบสนองต่อมนุษย์เท่านั้น นักวิจัยแนะนำว่าการมียุงสองตัวอาจช่วยให้ยุงกลับบ้านได้ นั่นเป็นหนึ่งใน "ยูเรก้า!" ที่ใหญ่ที่สุด ช่วงเวลาในโครงการ McBride กล่าว "Zhilei ทำงานมา 2-3 ปีเพื่อให้ได้ยุงดัดแปรพันธุกรรมที่เขาต้องการ จากนั้นเราก็พบว่าเราไม่มีวิธีที่ดีในการส่งกลิ่นของมนุษย์ เราจึงทำงานอีกปีหรือสองปีเพื่อหาไอเดียที่จะลองทำ เพื่อหาวิธีส่งกลิ่นของมนุษย์ให้เพียงพอด้วยวิธีที่ควบคุมได้มากพอที่จะเห็นการตอบสนอง จากนั้น ครั้งแรกที่เราลองใช้เทคโนโลยีใหม่นี้ที่เราอธิบายไว้ในเอกสาร -- วิธีการส่งกลิ่นแบบใหม่นี้ -- เขาเห็นสมองจริงๆ ตอบกลับ มันเหลือเชื่อมาก” ด้วยการระบุ glomeruli ที่ยุงใช้เพื่อตรวจจับมนุษย์ และระบุว่าพวกมันกำลังตรวจจับอะไร ทั้งแบบ decanal และ undecanal ทีมวิจัยจึงมีคำตอบที่ตรงไปตรงมาอย่างสวยงามสำหรับคำถามของพวกเขา Zung กล่าว