飛行大腦深處是進化如何改變思想的線索

當他們自己物種的雌性被識別時，果蠅的雄性將被喚醒，大腦中P1神經(jīng)元的激活(右)證明了這一點。

對于整個動物界的愛好者來說，找到合適的伴侶需要正確的化學反應?，F(xiàn)在，洛克菲勒大學的科學家們已經(jīng)能夠畫出一條意想不到的道路，在這條道路上，動物將為動物選擇正確的配偶。

科學家與黑腹果蠅合作，探索了雄性如何從許多黑腹果蠅周圍的果實中選擇自己物種的成員。本周發(fā)表在《自然》雜志上的答案顛覆了長期以來的觀點，即進化可以確保動物長期存活。

從遠處

長期以來，科學家一直認為動物不會穿越，因為進化改變了神經(jīng)系統(tǒng)的外圍部分，包括檢測和處理信息素的感覺器官——這些化學物質(zhì)有助于識別同一物種的其他物種。有人提出，外周變化對動物發(fā)展物種特異性行為(包括交配)至關重要，但無法確定這是神經(jīng)系統(tǒng)的主要還是唯一變化位點。

神經(jīng)生理學和行為實驗室的負責人瓦妮莎蕓香屬和她實驗室的一個團隊發(fā)現(xiàn)了這種進化，以確保兩種密切相關的果蠅(果蠅和擬果蠅)堅持自己的物種。在交配過程中，科學家使用了一系列最先進的基因和成像工具，并發(fā)明了一些新技術。它們追蹤來自男性前肢感覺神經(jīng)元的電化學脈沖。他們用它來“品嘗”信息素，并一路進入大腦的中央處理中心。

他們發(fā)現(xiàn)物種之間的區(qū)別在于蒼蠅的大腦，在控制交配行為的一小組神經(jīng)元中。事實上，外周神經(jīng)系統(tǒng)并沒有改變，這表明它們沒有參與不同物種的獨特交配選擇，這是蕓香屬意想不到的結(jié)果。

“我認為這個領域的科學家總是認為這些變化最有可能局限在外圍，部分原因是因為它是最簡單的觀察點，”她說。“當人通過腦回路傳播時，人們沒有任何可以用來真正追蹤感覺信號的遺傳工具?！?

岔路/側(cè)路/分叉路/分叉路

D.黑腹果蠅雌性產(chǎn)生一種特殊的信息素，作為一種強有力的春藥來驅(qū)使雄性交配。奇怪的是，d. Simulans雄性對相同的信息素反應強烈，但這對它們來說是一個強大的岔路口，這阻止了它們追求錯誤物種的雌性。

對蕓香屬的團隊來說，最大的問題是神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生了進化變化，這就是為什么蒼蠅對相同的信息素有負面反應。

為了尋找答案，蕓香屬實驗室的博士生勞拉塞霍爾澤(Laura Seeholzer)利用Crispr-Cas9基因編輯，確定兩個物種的雄性以相同的方式檢測到信息素。她發(fā)現(xiàn)神經(jīng)通路在擴散到大腦時是一樣的。在這兩個物種中，通路分為兩條：一條通路形成所謂的興奮性中間神經(jīng)元以鼓勵交配，另一條通路抑制中間神經(jīng)元以抑制沖動。

當科學家測試控制求偶行為的一組被稱為P1的神經(jīng)元發(fā)生了什么時，這是蒼蠅之間功能差異的第一個跡象。在一個實驗中，兩個物種的雄性被允許接觸雌性黑腹溞并品嘗她的信息素。

果蠅中的雄性是正常的，它們的P1神經(jīng)元通過大腦活動的功能成像而發(fā)光。但是對于雄性D. simulans來說，它出去了。

接下來，研究小組試圖通過直接刺激P1結(jié)節(jié)來人工刺激或抑制男性的性欲。這是一個先進的實驗：雖然遺傳工具可以很容易地操縱D. melanogaster中的神經(jīng)元，而d . melanogaster是研究最廣泛的動物物種之一，但對D. simulans的研究卻很少，這迫使Seeholzer和他的同事設計了一種新技術，對這個物種的神經(jīng)元進行遺傳標記，以便它們可以檢查自己在交配選擇中的作用。

結(jié)果：兩種蒼蠅都有興奮和抑制的通路。然而，人們發(fā)現(xiàn)，它們對P1神經(jīng)元輸入的平衡是蒼蠅對同一信息素做出反應的原因。對于蚋類雄性來說，品嘗另一個物種的信息素會導致顯性抑制途徑，掩蓋任何交配沖動。

蕓香屬說，“看到物種中P1神經(jīng)元的不同反應是我們思考的重點，我們已經(jīng)確定了一個發(fā)生進化變化的地方”，以防止兩個物種交叉。

她希望擴大研究范圍，比較其他種類的蒼蠅，從而發(fā)現(xiàn)進化可能促進行為的其他方式。直到最近，這種研究非常耗時。但是她說，使用新的遺傳工具，包括Crispr-Cas9，現(xiàn)在有可能比較不同物種之間的神經(jīng)回路。

標簽：