文 ｜ 《中國科學報》記者 趙廣立
從23歲到29歲，趙志磊幾乎整個人都醉心于研究咬人的蚊子。
“腦子裡一直在思考正在研究的問題，盡一切努力去獲得新的進展，我不止一次夢到我正在研究的課題。”
在接受《中國科學報》專訪時，這位美國普林斯頓大學的博士坦言自己比較喜歡那種獨樹一幟的研究：從一種擁有某項神奇能力的生物出發，揭示出比較普适的規律。
蚊子就是其中一種，“它們有非常敏銳的嗅覺”。終于在2022年5月，30歲的趙志磊以第一作者兼通訊作者身份在《自然》發表論文，闡述蚊子在尋找宿主（人類）時的大腦活動。
這項研究，科學地回答了“蚊子為什麼專咬我”這個讓許多人撓破頭的疑問。
如今，趙志磊已赴康奈爾大學神經生物學開展博士後研究。他的博士後課題不再是蚊子，而轉向了鹦鹉。
這有點冒險，但他内心堅定。
“如果我繼續研究蚊子，能更快地找到教職。但是我對鹦鹉非常感興趣，新的技術手段意味着我們現在可以深入研究它的大腦，有一些重要的科學問題或許能通過研究鹦鹉得到解答。”
趙志磊
一定要抓住這個機會
趙志磊在童年時就對蚊子十分好奇。
在他的家鄉雲南，蚊子特别多。
一入夏，每個夜晚都不堪其擾，一覺醒來一身包——但神奇的是，他的父親除外。
“一家人一起看電視，蚊子甚至繞過他來咬我們。”趙志磊對此大惑不解。
調皮的他專門抓來蚊子，放在父親手臂上，蚊子卻都唯恐避之不及地逃竄。
蚊子吸血還挑人？如果咬人還有“選拔标準”，那這個标準是什麼？這個問題一直留在趙志磊腦中。
2015年，從北京大學畢業後，趙志磊想要申請赴美攻讀博士學位。
在遴選中他發現，普林斯頓大學一個實驗室專門研究一種熱帶、亞熱帶的蚊子——埃及伊蚊。
這種最早起源于非洲的小蚊子，在不到一萬年的時間裡神奇地飛到了世界各地。而且，它們還變得越來越喜歡咬人，俨然是“咬人專業戶”。
面試時，實驗室的助理教授Lindy McBride給他展示了一個實驗：讓一百隻饑餓的蚊子來選擇咬人還是動物，結果幾乎所有的蚊子都很快地選擇人的那一邊。
她告訴趙志磊，雖然大家很早就知道了這個現象，但蚊子到底是靠什麼機制來區分人和動物的，一直是個謎。
蚊子謎一樣的操作讓趙志磊非常激動，當場就決定加入這個實驗室去解謎。
随着對蚊子了解的加深，趙志磊除了好奇心，“身上逐漸多了一種使命感”。
蚊子不僅煩人，而且非常危險，它們可以高效地在人類傳播緻命病毒。
在閱讀文獻時，趙志磊看到一組數字：世界衛生組織統計，每年約有72萬人死于瘧疾、登革熱等蚊媒疾病。
這簡直是一個天文數字，他心想：“如果我能弄清楚這些蚊子是如何準确區分人和動物的，那就有可能開發出高效的捕蚊驅蚊方法，進而減少蚊子給人帶來的危害。”
其實，這個問題早已被研究了幾十年，一直都沒有突破。究其原因，是科學家能夠在蚊子身上使用的技術方法有限。
然而，現在不同了。
趙志磊認為自己很幸運。“在我加入蚊子研究的這個時間節點上，剛好有一批強大的技術出現，比如基因編輯技術和鈣成像技術。我們當時意識到，把這些最新的技術應用到蚊子的研究中，就可能取得突破。”
這是個研究蚊子的黃金時期。趙志磊足夠幸運，也足夠“拼命”，他一定要抓住這個機會。
養蚊子要喂血？給，手臂！
養蚊子是第一道關。
收集野外的蚊卵、帶回實驗室孵化都還好說，但，怎麼養？或者說，怎麼給它們喂血？
埃及伊蚊不喜歡動物的血，實驗室常用的“用薄塑膠膜模拟皮膚包裹兔血”的方法并不太奏效；最簡單高效的方式，是直接把手臂伸入養蚊子的籠子。
這樣危險嗎？趙志磊向《中國科學報》解釋說，這種喂蚊子的方法，是在了解蚊子生物學的基礎上，經過倫理委員會論證通過的。
當然這遵循完全自願原則。
而且，這種方法并不會造成疾病的傳播。
他解釋說，蚊子隻是病原體傳播的媒介，并不是其産生的源頭，也就不會隔代傳播，是以實驗室裡從卵孵化來的蚊子是很“幹淨”的，并不攜帶病原體。
同時，實驗室有明确規定，同一批蚊子，隻能由同一個人來“奉養”，是以并不會造成人傳人的情況。
在Lindy McBride的實驗室，有“狠人”同僚創下了一天之内喂養3000隻蚊子的紀錄。
稍顯瘦弱的趙志磊，紀錄是1500隻。
第一次喂蚊子，他的手臂整個腫了起來，癢了很久。
後來Lindy McBride讓他用熱水不斷沖洗（可加速皮膚血液循環），才慢慢消了腫。
幾個月後，趙志磊再用手喂蚊子就感覺不到癢了，他說，這是因為“免疫系統已經适應了”。
養了蚊子，接下來就可以收集“人味”和各類動物氣味，去尋找氣味中的不同，進而通過蚊子來驗證它們到底對什麼氣味感興趣。
趙志磊告訴《中國科學報》，他們收集“人味”的方式也很絕，需要整個人脫光之後躺進一個幹淨的塑膠袋裡，之後向塑膠袋通入潔淨空氣，這樣排出的空氣裡就有了“人味”。
隻是，這個過程略有些長，人要在塑膠袋裡躺上兩個小時。
研究團隊通過比較發現，和動物相比，人的氣味并沒有哪一種化學分子是特有的，隻是有幾種分子特别多，比如癸醛和甲基庚烯酮。
這兩種分子是人的皮脂腺分泌的某些油性物質接觸空氣後氧化分解而來的産物。
這些油性物質，動物的皮脂幾乎不分泌，這也解釋了為什麼“人味”如此特别。
接下來是要弄清楚，蚊子為什麼如此喜歡“人味”。
失敗也是評價貢獻的重要部分
為了探究這個問題，他們的實驗方案石破天驚：給蚊子做“開顱手術”，看看它的腦子裡到底在“想”什麼。
如果能知道蚊子在聞到“人味”時哪部分腦區被激活，他們就可以進一步考證，蚊子大腦是否對某些特定的分子（比如癸醛或甲基庚烯酮）情有獨鐘。
破解了這個問題，不僅能一舉解密蚊子選人的标準，而且能夠“捕蚊”——相比由上百種分子組成的“人味”，特定化學分子更容易被制造和儲存，這更便于制作新型的捕蚊器。
謎底确實在這個假設範圍之内。他們此後的研究發現，蚊子喜歡體味中癸醛含量适中的人。
趙志磊解釋說，一個潛在的原因是，人群中癸醛很少或很多的人是少數，如果蚊子傾向于喜歡這樣的人，那它找到合适的人的機率就會降低，不利于繁衍。
但在研究中，蚊子的“開顱手術”可不是那麼容易做的——他們得讓蚊子開顱後，還活着。
沒有活下來的轉基因蚊子幼蟲 受訪者供圖
基因編輯技術讓這個大膽的實驗變得可行。通過編輯蚊子基因，特異性地标記蚊子大腦中的神經細胞，讓它們表達熒光蛋白，當蚊子某個腦區的神經細胞被激活時，熒光就會增強，這樣就可以知道哪個腦區被激活了。
然而，基因編輯蚊子的成功率太低了，連0.1%都不到。
趙志磊第一次做基因編輯，努力了近6個月，才篩選到幾隻發熒光的幼蟲。
當時他非常興奮，以為馬上就要成功了，但沒過幾天，這些熒光幼蟲就“全軍覆沒”了。
“那時心情很糟糕。但是靜下心來仔細分析，其實負面結果也給我們後來的成功奠定了基礎。”
趙志磊表示，一個好的實驗設計，不論結果是否符合最初預期，都提供了非常有用的資訊，可以用來不斷修正和完善我們對自然的了解，“這也是評價我們對這個領域貢獻的重要部分”。
就這樣，花了5年時間，研究團隊才陸續制造了可供實驗的轉基因蚊子。
他們通過實驗發現，人的氣味裡雖然有近百種化學分子，但是在蚊子的初級嗅覺腦區隻有兩個區域被激活。
他們配比了一個隻含有兩種化學分子的混合物來激活這兩個腦區，發現它對蚊子有很強的吸引力，就像真實的人的氣味一樣。
“我們申請了專利，希望可以把這個混合物應用到捕蚊器中來吸引誘殺蚊子。”趙志磊透露，目前已經有幾家開發蚊蟲防治産品的公司在和他們洽談專利的轉讓和合作事宜。
另外，趙志磊說，他的同僚正在探索另一個思路：如果可以篩選出一個化合物，它能夠特異性地抑制那兩個被“人味”激活的腦區，那麼這個化合物就可能被當作驅蚊劑來使用——它會幹擾蚊子對人的嗅探。
冒險的選擇
從普林斯頓大學博士畢業後轉向研究鹦鹉，趙志磊做了一個冒險的選擇。
在此之前，趙志磊擁有一個“開挂”的人生：雲南大理州的理科狀元，考入北京大學學習生物工程專業；北大畢業後，去了普林斯頓大學研究蚊子；如今在康奈爾大學研究神經生物學。
他有他的理由。趙志磊對記者說，和蚊子類似，鹦鹉也擁有一項神奇的能力：在野外它們可以快速地模仿周圍同類的叫聲，而被當作寵物飼養時會模仿人說話。
“它們有着非常有趣的社會性行為和認知能力，這種強大的學習模仿能力在自然界中很少見。”趙志磊說，學術界有一派觀點認為，人類之是以在演化中這麼成功，就是因為人也能快速地學習模仿。
是以他覺得，要研究學習模仿的大腦機理，“鹦鹉是一個非常好的模型”。
趙志磊透露，他目前的研究關注大腦中的多巴胺在這個過程中所發揮的作用。
前路充滿未知，甚至挑戰很大，但趙志磊自稱“内心比較堅定”。
他告訴《中國科學報》，自己興趣很廣，喜歡閱讀科學史和人物傳記。
“這些平時的積累在做選擇時可能蠻有用。因為腦子裡有學科發展的一個大概面貌，是以對于什麼是比較重要的問題、新的技術手段可以帶來什麼樣的突破，能夠有自己的了解。”
他還把過往成績歸于自己的幸運。“我覺得應該是選擇、努力再加上一些運氣吧。從個人層面來說，我幸運地出生在一個重視教育的家庭，一路走來得到了很多師長和朋友的提攜與幫助。從大的方面來說，我非常幸運生活在一個崇尚科學、科技高速發展的時代。”
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https://doi.org/10.1038/s41586-022-04675-4