知乎日報：老鼠怕貓 是鼻子決定的？
今天寫點兒有趣的，當初就是被三篇老闆的 Cell 吸引去了她那，這是第一篇，還上了封面呢!
老鼠怕貓，天經地義。可是實驗室裡養的老鼠已經上上下下幾百代都從來沒見過貓了，卻還是會對貓的氣味表現出本能的迴避。這就引起科學家們的注意了，是誰教他們要繞著貓走的?難道鼠怕貓，是天註定?
你會說，這有啥好奇怪的，大概就是老鼠基因裡寫著要避著貓走唄。但是要知道野外能殺掉一隻老鼠的有千千萬動物，而他們一輩子可能只會遇見其中的一部分，如果每一個動物都寫進老鼠基因裡，那就太冗餘了。那麼老鼠們是怎麼知道要避開自己的捕食者呢?答案就在他們的鼻子裡。
首先要介紹一個器官：犁鼻器(Vomeronasal organ VNO)就是下圖左邊這個紫紅色的小區域。很多動物除了鼻腔裡 Main Olfactory Epithelium(嗅上皮細胞)可以感知氣味，都有這個特殊的器官來感受特殊的氣味：Pheromones(資訊素)。
啥是資訊素?
資訊素是一種動物釋放出來進行社交的化學分子，比如吸引異性啦，告訴別的動物滾開啦之類的。動物得大到一定程度才能釋放有效濃度的資訊素，所以細菌之類的就不行了，但是到稍微大一點的爬族類就都可以用資訊素交流，雌性可以留下一串自己特有的氣味“腳印”來吸引異性。
回到正題，這篇文章找來了小鼠三個天敵的氣味：貓脖子上蹭一蹭的味道，蛇蛻下的皮，和大鼠的尿(雖然都叫鼠，其實差很多)給這些上下幾百代再沒見過這些動物的小鼠們聞，然後看看他們怕不怕。然後發現小鼠們對三個味道都怕得要死，表明他們壓力超大的促腎上腺皮質激素(ACTH)也一路飆升。但是給他們兔子尿聞，小鼠們則表示毫無壓力，也沒有 ACTH 的飆升(是的，兔子就是好欺負)。科學家們發現負責檢測環境中捕食者味道的器官就是犁鼻器，當小鼠被敲去犁鼻器訊號傳導關鍵基因 TrpC2，他們就不再對這三個味道表現任何恐懼啦!
接下來，作為一個好的分子生物學學家就會問，到底是什麼分子讓小鼠感到害怕。他們就把大鼠尿液過了個柱子，根據分子量分成兩部分，分子量大的部分叫 HMW(>10KD)和分子量小的部分叫 LMW(<10KD)。他們發現，只有分子量大的部分能讓小鼠感到害怕，效果和完整的大鼠尿液一樣。
於是他們又用更高階的方法開始分分分(質譜 + 液相色譜)把大分子量的部分又分成了 40 份，發現只有其中一個成分可以讓小鼠怕怕。然後他們又用納升級液相色譜串聯質譜 (Nano LC-MS/MS) + 比對大鼠基因，最終確定了這個成分就是一個叫 Mup 家族的同源體——Mup13。
什麼是 Mup 家族呢?
全稱叫 Major urinary proteins (中文似乎翻譯成主要尿蛋白)。主要在動物尿液和其他分泌物裡存在，是一堆基因表達的。基因數隨物種差異很大，小鼠裡至少有 21 個基因，而人類呢?零個!!這些個尿蛋白可以提供主人的特徵資訊，讓別人來識別，可以用來吸引別人來和自己啪啪啪，或標記地盤!
那麼貓貓的 Mup 蛋白會不會讓小鼠害怕呢?
證明了大鼠尿液裡是這個 Mup13 讓小鼠害怕的，科學家們就從貓唾液裡找到一個大量分泌的 Mup 家族同源體——Feld4，這就是那些對貓貓過敏的人的過敏源，所以說明這個 Mup 蛋白也可以跨物種被接受。於是科學家們用一些手段人工“做”出了純的 Feld4，發現給小鼠聞，他們果然超級怕怕，而那些被敲去犁鼻器訊號傳導關鍵基因 TrpC2 則對 Feld4 此無動於衷。
至此啊，科學家們聲稱找到了一個先天行為(innate behavior)的分子機制，老鼠在犁鼻器裡和大腦已經隨著世世代代刻著這樣一個神經迴路，聞到不是自己家族的 Mup 蛋白就要怕怕，就要躲開。這樣，哪怕他們上下幾百代沒見過這些捕食者了，還是能第一時間保住小命。當然這個研究也是有侷限性的，感興趣的可以看後面的分析。
那麼人呢?!
嗯，科學家們在研究人之間怎麼傳達資訊素上遇到了很大的困難。一方面人沒有犁鼻器，至今也沒有找到只對資訊素響應的神經元，而且人也沒有 Mup 基因。雖然有些行為學家試圖做了一些研究，如果大家感興趣，我可以專門寫一篇(有味道!)的文章，告訴你們科學家怎麼透過讓人聞腋下味道來試圖證明人之間也可以傳遞資訊素的……但是，這些研究因為缺乏生理基礎支援，在科學界並不被廣泛認可。
侷限性 1：文章只證明了大鼠同源 Mup13，至多證明了貓的 Mup 同源 Feld4 能夠啟用犁鼻器神經元，並且動物會表現出恐懼和防禦的行為。但是由於化學分離合成等困難，並沒有更大的資料庫來驗證是否別的動物的 Mup 同源體都是這個效果。尤其狐狸尿有個成分叫 TMT，可以讓老鼠表現出恐懼防禦行為，但檢測並不走犁鼻器，而是透過祝鼻腔的嗅上皮細胞檢測的。說明犁鼻器這條通路並不是老鼠檢測外界威脅的唯一通路。兩條通路是什麼關係，各具體負責什麼功能，並不完全清楚。
侷限性 2：還是沒有解釋犁鼻器神經元是怎麼檢測 Mup 同源蛋白的，是檢測哪個官能團?還是特殊受體?
侷限性 3：由於小鼠處在生物鏈比較底端，可能很難研究他們是怎麼區分捕食者和獵物各自的 Mup，兩者用的大腦回路肯定是不一樣的，一個是讓你逃跑，一個是讓你上去打架，嗅覺訊號怎麼區分兩種 Mup 並且怎麼和不同的大腦回路連線，我認為是個有趣的問題。而且捕食似乎是需要一點教學的，所以到底是一個先天迴路?還是後天學習?也沒有答案。
參考文獻：
Papes, F., Logan, D.W., and Stowers, L. (2010). The vomeronasal organ mediates interspecies defensive behaviors through detection of protein pheromone homologs. Cell 141, 692–703.