他用自己的血喂蚊子，6年研究終發Nature
2022年06月04日
從23歲到29歲，趙志磊幾乎整個人都醉心於研究咬人的蚊子。
「……腦子裏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，然後揭示出比較普適的規律。
蚊子就是其中一種，「它們有非常敏銳的嗅覺」。終於在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》雜志發表論文，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工作。他的博士後課題不再是蚊子，而是轉向鸚鵡。這有點冒險，但他內心堅定：「如果我繼續研究蚊子，能更快地找到教職。但是我更看重的是，我對鸚鵡非常感興趣，新的技術手段意味著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鸚鵡得到解答。」
「一定要抓住這個機會」
對蚊子的好奇心，趙志磊在童年時就萌發了。
在他的家鄉雲南，蚊子特別多。一入夏，每個夜晚都不堪其擾，一覺醒來就是一身包——但神奇的是，他的父親除外。「一家人一起看電視，蚊子甚至都繞過他來咬我們。」
趙志磊對此大惑不解。調皮的他甚至專門抓來蚊子，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「選拔標准」，那這個標准是什麼？這個問題，在趙志磊心中留下了一個大大的問號。
時光的指針來到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。這種最早起源於非洲的小蚊子，在不到一萬年的時間裏神奇地飛到了世界各地。而且，它們還變得越來越喜歡咬人，儼然是「咬人專業戶」。
McBride給他展示了一個實驗：讓一百只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，一直是個未解之謎。
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！
隨著對蚊子了解的加深，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間傳播致命病毒。在閱讀文獻時，趙志磊看到一組數字：據世衛組織統計，每年約有72萬人死於瘧疾、登革熱等蚊媒疾病。
這簡直就是一個天文數字！他心想：「如果我能弄清楚這些蚊子是如何准確區分人和動物的，那就有可能開發出高效的捕蚊驅蚊方法，從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，一直都沒有很好的突破。究其原因，是科學家們能夠在蚊子身上使用的技術方法有限。
然而，現在不同了。
趙志磊認為自己很走運：「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，所以實驗室常用的「用薄塑料膜模擬皮膚包裹兔血」的方法並不太奏效；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；當然同時，也是完全自願的。
而且，別擔心，這種方法並不會造成疾病的傳播。
他解釋說，蚊子只是病原體傳播的媒介，並不是其產生的源頭，也就不會隔代傳播，所以實驗室裏從卵孵化來的蚊子是很「幹淨」的，並不攜帶病原體。同時，實驗室有明確規定，同一批蚊子，只能由同一個人來「奉養」，所以並不會造成人傳人的情況。
McBride的實驗室，有「狠人」同事創下了一天之內喂養3000只蚊子的紀錄。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。
趙志磊的導師在喂蚊子
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「免疫系統已經適應了」。
養了蚊子，接下來就可以去收集「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，他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料袋裏，之後向塑料袋通入潔淨空氣，這樣排出的空氣裏就有了「人味」。只是，這個過程略有些長，人要在塑料袋裏躺上兩個小時。
研究團隊通過比較發現，和動物相比，人的氣味並沒有哪一種化學分子是特有的，只是有幾種分子特別多，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，氧化分解而來的產物。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」如此特別。
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」，看看它的腦子裏到底在「想些」什麼。
如果能知道蚊子在聞到「人味」時的腦中哪部分腦區被激活，他們就可以進一步去考證，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，就不僅能一舉解密蚊子選人的標准，還會非常有用——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，這將更便於制作新型的捕蚊器。
謎底確實在這個假設範圍之內：他們此後的研究發現，蚊子喜歡體味中癸醛含量適中的人。
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，如果蚊子傾向於喜歡這樣的人，那它找到合適的人的概率就會降低，不利於其繁衍。
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，還活著。
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，特異性地標記蚊子大腦中的神經細胞，讓它們表達熒光蛋白。這樣，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，才篩選到幾只發熒光的幼蟲。當時他非常興奮，以為馬上就要成功了，但過了沒幾天，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信息，可以用來不斷修正和完善我們對自然的理解，「這也是評價我們對這個領域貢獻的重要部分」。
就這樣，反反複複花了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，人的氣味裏雖然有近百種化學分子，但是在蚊子的初級嗅覺腦區只有兩個區域被激活。
他們配比了一個只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產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，他的同事也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可以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鸚鵡，趙志磊做了一個冒險的選擇。
在此之前，趙志磊擁有一個「開掛」的人生。雲南大理州的理科狀元，考入北大學習生物工程專業；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，鸚鵡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。
「它們有著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，人類之所以在演化中這麼成功，就是因為人也能快速地學習模仿。因此他覺得，要研究學習模仿的大腦機理，「鸚鵡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「內心比較堅定」。
他告訴記者，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。因為腦子裏有學科發展的一個大概面貌，所以對於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，能夠有自己的理解。」
他還把過往成績歸於自己的幸運：「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。」
馬上就要高考啦，趙志磊以「過來人」的身份，貼心地給將要參加高考的學弟學妹們送上了寄語：
「十二年前我參加了高考，改變了我的命運。我想說的是你們同樣也可以做到！但是，我也希望告訴你們，高考是改變命運的機會，但絕對不是唯一的機會。踏踏實實的努力，高效的學習方法，應對壓力的能力，這些一旦培養起來了，都是可以讓人終身受用的。」
相關論文信息：
來源：中國科學網
