基因组研究将昆虫进化与检测空气气味的能力联系起来

一项新的研究表明，所有昆虫都使用专门的气味受体，使它们能够发现和追踪配偶，识别敌人，寻找食物，并且不幸的是，人类传播疾病。研究人员说，这使得最近的一个假设得以解决，即只有一些昆虫能够将空气中的气味发现为适应飞行的能力。该研究结果发表在eLife杂志上。

“我们现在知道，在昆虫进化的最初阶段就存在气味检测，并且它可能是昆虫成为陆地时的一个特征，”伊利诺伊大学昆虫学教授Hugh Robertson说道，他带领Philipp Brand和加州大学戴维斯分校的Brian R. Johnson。“我们在每一种昆虫物种中都发现了气味受体基因，包括一些不会飞行的物种。我们没有在任何其他节肢动物中发现这些基因，包括其他六条腿的虫子。”

Robertson说，虽然几乎所有的陆生动物和一些甲壳类动物和软体动物都有气味受体，但它们之间的差异很大。

“在昆虫中，气味受体是你能想象到的最简单的一种，”他说。这些蛋白质嵌入神经元的膜中并向外延伸以与细胞外环境中的化学物质相互作用。“当它们与化学物质结合时，它们会改变形状，打开离子孔并改变神经元的极性，”他说。

Robertson说，昆虫通常有数百种单独的气味受体，每种受体都能感知一种特定类型的化学物质。几乎在所有情况下，这些受体都与单一的辅助受体(一种称为Orco的蛋白质)密切配合。

Robertson的职业生涯大部分时间都在研究昆虫的化学感受，利用基因组技术鉴定受体和辅助受体基因。

Robertson说，气味受体不同于味觉受体，几乎所有动物都能在水环境中检测化学物质。当脊椎动物和无脊椎动物开始在陆地上找到新的生态位时，一些人进化出了探测空气中化学物质的能力。

“气味受体是从味觉受体进化而来的，”罗伯森说。但是为什么以及何时它们在昆虫中进化已成为争论的主题。他在2003年假设气味受体是所有昆虫的特征。

但在最近的一项研究中，科学家们未能在两组不会飞的昆虫中发现气味受体蛋白。这导致他们认为气味受体仅发生在飞行昆虫中并且已经进化为适应飞行。

这项新的研究重新审视了这些不会飞的昆虫，这种小型生物被称为火焰和跳跃的猪鬃。研究小组没有在这些小动物中寻找气味受体蛋白，而是搜寻了他们的基因组和其他六足陆生虫的基因组，寻找代码受体和辅助受体的基因。

研究人员在无翼的火焰鞘和跳跃的猪鬃中发现了许多气味受体基因，但在不是昆虫的六条腿虫的基因组中却没有。

“毫无疑问，我们在无翅昆虫中有一个完整的气味受体家族，”罗伯逊说。“这驳斥了整个系统随着飞行而演变的说法。

“很明显，气味受体很快就会在翅膀前进化，而不是适应飞行，”他说。“气味受体的演变必须是对其他东西的适应，最明显的是陆地性。”