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”。
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。
研究人员在石蛃（jumping bristletail）身上发现了一种气味受体。这种无翅昆虫的嗅觉系统更简单、更原始，因此是理想的测试对象。丨图片来源：Yasunori Koide
研究人员发现，尽管作为分子，避蚊胺和丁香酚没有太多共同之处，但它们都与受体的同一位置对接。该位置是一个深
而简易的口袋，内侧排列着许多氨基酸，有利于形成松散的弱相互作用。丁香酚和避蚊胺利用不同的相互作用在口袋内
驻留。进一步的计算模拟显示，每个分子能以许多不同的方向结合，而且许多其他种类的气味化合物也可以以类似的方
式与受体结合。这不是一对一的锁钥模式，而是一种一对多（one-size-fits-many）的方法。
该小组的观察可能解释了为什么昆虫的嗅觉受体演化得如此之快，在物种间的差异如此之大。每一种昆虫可能都演化出
了“自己的独特受体，这些受体非常适合其特定的化学生态位。”“这告诉我们，除了受体与一堆配体弱相互作用之外，还有更多的事情在发生。”神经生物学家鲍勃·达塔（Bob Datta）说。一种建立在单一结合口袋周围的受体，其反应剖面（response profile）可以通过微调来调整。如果更广泛地改
变该受体的化学成分，可能会加快演化的进程。
鲁塔团队的发现还远不能说明嗅觉受体是如何工作的。昆虫使用许多其他种类的离子通道嗅觉受体，其中有大量比石蛃
的更复杂、更特殊的。在哺乳动物中，嗅觉受体甚至不是一种离子通道；它属于一个完全不同的蛋白质家族。
“这是所有物种的任意受体中气味识别的第一个结构。但这可能不是气味识别的唯一机制。”鲁塔说。即便如此，她和其
他研究人员认为，我们可以从石蛃的嗅觉受体中学到更多的通用知识。例如，去想象这种机制如何应用于动物大脑中的
其他受体——从探测多巴胺等神经调质的受体到受各种麻醉药影响的受体。
她补充说，或许在其他情况下也应该考虑这种柔性结合的方法。例如，今年3月发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项研究表明，即使是典型的锁钥离子通道受体也可能不像科学家们认为的那样具有严格的选择性。
如果许多不同种类的蛋白质通过某种口袋内灵活的弱相互作用与受体结合，那么这一原理可以指导各种疾病（特别是神
经疾病）的合理药物设计。至少，鲁塔关于避蚊胺与昆虫嗅觉受体结合的研究可以为开发有针对性的驱蚊剂提供新见
解。她的发现实际上明确了半个多世纪以来关于避蚊胺如何发挥作用的争论。避蚊胺是最有效的驱蚊剂之一，但科学家
一直不明白为什么——比如，是它对昆虫而言，气味难闻，还是它会损害昆虫的嗅觉信号。鲁塔和她同事的研究提出了
一个不同的理论：避蚊胺通过激活许多不同的受体，以无意义的信号淹没其嗅觉系统，使得昆虫混乱。