本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
北半球的夏天在召喚。隨著氣溫升高，海灘遊客將湧入沙灘，帶著薯片和三明治等食物。公園裡會湧現野餐，備有粉紅色的西瓜塊和汽水。這對於人們來說是盛宴，對於昆蟲來說也無疑如此。在短短幾秒鐘內，蒼蠅和蜜蜂就會蜂擁而至，但它們是如何如此迅速地嗅出食物的？根據馬克斯·普朗克化學生態研究所的最新研究，知道如何飛行可能是原因。
他們的發現挑戰了一個關於昆蟲何時首次進化出嗅覺的舊理論。昆蟲與甲殼類動物有共同的祖先，後者缺乏通常與嗅覺相關的物理機制。科學家們推測，當這個海洋祖先大約在4.8億年前登陸時，它發展出嗅覺硬體，用於篩選其新的空氣環境中瀰漫的香氣。
“事實並非如此。他們在很長一段時間後仍然保留著舊的嗅覺方式，”進化神經行為學家比爾·漢森（Bill Hansson）說，他領導了最近發表在eLife上的這項研究。為了得出這個結論，漢森的團隊檢查了地球上兩種最原始的昆蟲：石蛃（Lepismachilis y-signata）和衣魚（Thermobia domestica）。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞工作： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於當今塑造我們世界的發現和思想的有影響力的故事的未來。
石蛃看起來像是小蝦和蜘蛛的雜交體。它們的起源可以追溯到3.9億年前的“昆蟲界”早期。衣魚晚了6000萬年出現；它們類似於蠹魚，那些喜歡在浴缸和地下室裡到處亂竄的扁平、金屬色的蟲子。
先前關於昆蟲嗅覺的研究主要集中在有翅膀的昆蟲上，如果蠅（Drosophila melanogaster）。石蛃和衣魚是無翅的，但與果蠅是近親，因此漢森和他的團隊決定透過比較這三種物種來繪製昆蟲嗅覺的進化圖景。
果蠅的嗅覺從它們的觸角開始，觸角上佈滿了覆蓋著嗅覺受體 (OR) 的嗅覺感覺神經元——蛋白質“衛星接收器”，可檢測氣味分子。OR 是當今的嗅覺裝備。它們存在於大多數有嗅覺的陸地哺乳動物和昆蟲中。OR 並非單獨工作。另一種名為 Orco 的受體與 OR 合作，並調整它們對氣味的反應。然而，從未有證據表明 Orco 能獨自檢測氣味。
研究人員掃描了石蛃的基因組，沒有發現 OR 或 Orco 的蹤跡。然而，石蛃的觸角確實對氣味做出了反應，儘管相對於果蠅來說反應較弱。石蛃的觸角確實容納了高密度的離子型受體。這些蛋白質被認為是更古老的化學感應形式，最近被認為與蜻蜓身上發現的原始嗅覺系統有關。利用電子顯微鏡，漢森的團隊觀察了感覺器（sensilla）的結構，感覺器是觸角上容納感覺神經元的微小角質層。他們發現，總的來說，石蛃的嗅覺感覺器缺乏現代昆蟲的結構。
沿著進化之路前進，衣魚更加奇特。它們對同樣的一系列氣味有更強烈的反應，但仍然缺乏 OR。衣魚確實擁有三個 Orco 相關基因的副本，這些基因僅由嗅覺感覺器產生。
研究結果引發了一系列問題，例如：衣魚是否代表了一種中間嗅覺系統，其中 Orco 發揮著以前未定義的作用？然而，這些發現表明 OR 和現代嗅覺需要時間才能發展起來。
“其生活方式的關鍵變化不可能是實際的登陸本身，”瑞士洛桑大學的感官進化科學家理查德·本頓（Richard Benton）說，他沒有參與這項研究。
漢森推測，植物長高促使了 OR 的發展。隨著食物資源向上移動，昆蟲長出了翅膀，需要一種找到食物的方法。為了支援他的假設，他的團隊檢查並檢測了第四個物種，即葉蟲 Phyllium siccifolium 中的 OR 和 Orco。
漢森說：“葉蟲代表了現代飛行昆蟲的原始形式。我們表明，在 OR-Orco 嗅覺方式發展起來之前，可能已經過去了數千萬年。事實上，我們在任何非新翅類 [非飛行] 昆蟲中都沒有發現它。”
本頓也表達了同樣的觀點，但持謹慎態度。“需要更多的物種來真正加強這一觀點，但這已經是一個很好的開始，”他說。“它應該激發更多對非經典昆蟲模型的研究，這將有助於填補該感官系統的進化圖景。”
圖片由比爾·漢森提供。