嗅觉神经元是如何成为气味管理大师的？
KEYPOINTS：
○ 昆虫的嗅觉受体是一种离子通道 。当气味分子与嗅觉受体结合时 ， 离子通道打开 ， 离子内流 ， 引起动作电位 。
○ 研究人员研究了石蛃的嗅觉受体 ， 发现不同的气味分子与受体的同一口袋对接 。这不是经典的锁钥模式 ， 而是一种一对多的结合方式 。
○ 他们发现即使是改变受体口袋中的单个氨基酸 ， 也足以改变受体口袋的结合特性 。这可能解释了为什么昆虫的嗅觉受体演化得如此之快 ， 且物种间的差异如此之大 。
撰文 | Jordana Cepelewicz
编译 | 阿朔
审校 | Lixia
编辑 | Jiahui ， EY
来源：nextquestion
嗅觉（而非视觉） ， 是大多数动物最重要的感官 。它使动物们可以找到食物 ， 躲避危险以及吸引配偶；它统摄动物的感知并引导其行为；它决定了动物如何解释和应对周围海量的感官信息 。
然而 ， 嗅觉也可能是我们的感官中最难以理解的 ， 部分原因在于它的输入信息的复杂性 。我们认为的单一气味——清晨的咖啡味、夏日暴风雨后的湿草味、洗发水味或香水味——通常是数百种化学物质的混合物 。对于动物来说 ， 要探测和辨别对其生存至关重要的多种气味 ， 其嗅感觉神经元上有限的受体必须以某种方式识别大量的化合物 。因此 ， 单个受体必须能够对许多不同的、看似无关的气味分子作出反应 。
现在 ， 在阐明嗅觉过程的起始阶段方面 ， 新的研究已经迈出了至关重要和备受期待的一步 。在今年早些时候在线发表的预印本中 ， 洛克菲勒大学的研究小组首次提供了嗅觉受体与气味分子结合时的分子视图 。瑞士洛桑大学的生物学家理查德·本顿（Richard Benton ， 没有参与这项新研究）说 ， 自从30年前发现嗅觉受体以来 ， “这一直是该领域的一个梦想” 。
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果蝇的触角 。丨图片来源：Science Image of Fruit fly antenna from PS MicroGraphs
这个结果对确认动物如何识别和区分海量的气味有很大帮助 。它还阐明了受体活性的关键原理 ， 这可能对了解化学感知的演化、理解其他神经系统和过程如何工作 ， 以及开发诸如靶向药物和驱蚊剂等具有深远意义 。
有几个假说争相解释嗅觉受体如何达到必要的柔性 。一些科学家提出 ， 受体对气味分子的单一特征做出反应 ， 比如形状或大小；然后大脑可能通过综合来自不同受体的信息识别出一种气味 。其他研究人员认为 ， 每个受体都有多个结合位点 ， 可与不同种类的化合物对接 。但为了弄清楚这些观点中哪个是正确的 ， 他们需要看到受体的实际结构 。
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从侧面（e）和顶部（f）显示的 MhOR5 （石蛃嗅觉受体）的冷冻电镜结构 。丨图片来源：https://doi.org/10.1101/2021.01.24.427933
原始昆虫的嗅觉受体
洛克菲勒研究小组将研究方向转向了石蛃的受体相互作用 。石蛃是现存最原始的昆虫 ， 有一个特别简单的嗅觉受体系统 。
在昆虫中 ， 嗅觉受体是一种离子通道 ， 当气味分子与它们结合时 ， 它们就会被激活 ， 从而引起动作电位 。在世界各地的昆虫物种中有数百万种这样的离子通道 ， 因而嗅觉受体可能是自然界中规模最大、最多样化的离子通道家族 。因此 ， 它们必须小心地平衡共性和特异性 ， 既要有足够的柔性来检测大量的潜在气味 ， 又要有足够的选择性来可靠地识别重要的气味（这些气味可能因物种或环境的不同而存在显著差异） 。
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