埃及伊蚊听觉系统的性别二态性：从分子机制到中枢神经表征的多样性解析

本研究针对埃及伊蚊(Aedes aegypti)两性听觉行为差异的神经机制，通过分子生物学、钙成像和电生理技术，首次揭示雄性听觉中枢(AMMC)存在更复杂的神经元集群和性别特异性纤毛相关基因表达模式，为理解蚊虫声通讯进化及性别特异性听觉处理提供新见解。

　　

在自然界中，蚊虫的声通讯系统展现出令人惊异的性别差异：雄性埃及伊蚊会循着雌性翅膀拍打产生的声波（约400-650 Hz）展开求偶行为，而雌性却对同类的声信号无动于衷。这种独特的生物学现象背后，隐藏着怎样的神经机制和分子基础？长期以来，科学家们对蚊虫听觉系统的认知主要停留在外周器官——约翰斯顿器官(Johnston's Organ, JO)的解剖特征上，而对中枢神经系统的处理机制和性别差异缺乏系统研究。更令人困惑的是，即便在同性别个体间，蚊虫对声频刺激的行为反应也存在显著差异，这种个体变异的神经基础更是未解之谜。

为揭开这些谜团，中国的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表了一项突破性研究。通过整合神经追踪、钙成像、电生理记录、转录组/蛋白质组分析和数学建模等跨学科技术，团队首次绘制了埃及伊蚊听觉通路的全息图谱。研究采用10,000-MW荧光示踪剂解析JO神经元投射模式，利用brp-QF2w/QUAS-GCaMP6s系统进行全脑钙成像，结合激光多普勒测振(LDV)和神经电生理同步记录外周听觉特性，并通过二代测序和DIA质谱技术比较两性听觉器官的分子差异。

JO神经元在脑中的投射模式
神经追踪显示雄性JO神经元轴突分支更复杂，形成5条同侧(mJO-I1-I5)和1条对侧(mJO-C1)投射束，而雌性仅见4条同侧分支。雄性AMMC体积更大，且存在6个潜在传出神经元集群（如mPME-I/C），远超雌性的5个集群。这种解剖差异提示雄性可能具备更强大的声信息整合能力。

听觉表征的性别二态性
电生理记录发现雄性机械调谐峰值(430.53±42.96 Hz)与电调谐峰值(346.18±28.78 Hz)显著高于雌性(252.94±23.60 Hz和220.38±33.71 Hz)。钙成像进一步揭示雄性AMMC对362.5 Hz声频响应最强，而雌性偏好175 Hz——该频率恰与蜻蜓等天敌的翅膀拍打谐波重叠，支持雌性听觉系统可能优先编码天敌回避信号。

AMMC的功能集群分化
通过欧氏距离聚类分析，研究者鉴定出7个功能集群：雄性独占4个(#1-#4)，雌性特有2个(#6-#7)，仅1个(#5)为两性共享。尤为特殊的是雄性#4集群在150 Hz刺激下出现钙信号抑制，这与状态空间模型揭示的"自持振荡"(SSO)现象相关——当雄性触角处于SSO状态时，150 Hz声波会引发"反共振"效应，机械振动幅度降低达3个数量级。

纤毛相关基因的性别特异性表达
透射电镜虽未发现两性JO神经元纤毛超微结构差异，但多组学分析显示雄性听觉器官显著富集微管(dynein-tubulin)相关基因。17个动力蛋白基因中，12个在蛋白质水平显著上调（如AAEL023900表达量达雌性2.6倍）。加权基因共表达网络分析(WGCNA)鉴定出fd3f(AAEL009489)等转录因子可能调控这种性别差异，该基因在果蝇中已知参与动力蛋白表达调控。

这项研究首次系统阐释了蚊虫听觉系统从外周器官到中枢神经的性别二态性架构：雄性通过更复杂的JO神经元投射、AMMC功能集群分化以及特异的纤毛动力装置，实现对雌性求偶声频的精准检测；而雌性则保留对天敌预警声频的敏感通道。这些发现不仅为理解昆虫声通讯的进化提供了神经生物学框架，其揭示的"反共振"机制和fd3f调控网络，更为开发性别特异性的蚊虫声学防控策略提供了分子靶点。特别值得注意的是，研究建立的二阶状态空间模型能准确预测触角振动特性，这种生物物理建模方法为仿生听觉器件的研发开辟了新思路。