断你粮食 vs 断你性生活,若必选咋选?科学样研究出答案了!

日期:2021-08-16
来源:头条号 @康德科学

生命诚可贵,爱情价更高。但在大脑简单,只有约10万个神经元的果蝇(人脑大约有860亿个神经元)看来,爱情这东西,有时还不如面包……

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近日,伯明翰大学(University of Birmingham)的研究人员发现,同时缺乏性生活和食物的黑腹果蝇(Drosophila melanogaster),相比求偶会优先考虑进食。并且,这一决定会受到食物质量、或动物的内部状态等因素影响。

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▲该论文发表在Current Biology杂志上(图片来源:论文页面截图)

“在很多时候,我们需要在重要的事物中排出优先级,以决定先做哪一件事。而对于自然界中的动物来说,这可能意味着必须在觅食、交配或争夺资源之间做出选择。”该论文通讯作者Carolina Rezaval博士说,“但动物是如何知道该怎么做的?通过研究果蝇,我们可以理解它们的大脑是如何做出关键行为决定的,并破译其潜在的神经机制。”

在实验中,研究人员把雄果蝇放置到远离食物和雌性果蝇的地方,然后让它们选择蔗糖或雌果蝇。他们发现,在约15个小时饥饿条件的行为临界点后,雄果蝇总是把进食需求置于交配需求上。而一旦进食,甚至只需几秒钟,雄果蝇的注意力就会立刻转向对雌果蝇求爱。

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▲雄果蝇在饥饿状态下会优先选择进食,之后立刻转向求偶(图片来源:参考资料[1])

研究小组随后利用遗传工具,用荧光标记标记果蝇大脑中的神经元,并选择性开启或关闭少量神经元,以探索神经反应对行为的影响。

他们还与牛津大学(University of Oxford)Scott Waddell教授的实验室合作,利用双光子钙成像技术(two-photon calcium imaging)监测神经元,从而能够在果蝇做出面对摄食或交配的关键选择时,精确定位果蝇大脑中激活的神经元。

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实验结果表明,酪胺(tyramine)信号通路是让果蝇做出决定的关键调节因素。其中,表达促摄食酪胺受体(TyrR)的神经元控制摄食,P1神经元则指挥求偶。酪胺的生物合成受果蝇的营养状态调节,并作为饱腹感信号,抑制一部分TyrR,并激活P1。

相反,对营养食物来源的感知在激活TyrR时抑制了P1。因此,这两种神经元在饥饿水平、酪胺水平和食物供应影响下互相竞争。

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▲控制果蝇进行摄食或交配优先选择的神经机制(图片来源:参考资料[1])

Rezaval博士解释说:“告诉果蝇去吃东西或去交配的神经元本质上是相互竞争的。如果进食需求更迫切,摄食神经元就会接管;而当饥饿的威胁减少,那么繁殖的冲动就会占上风。”

研究人员还发现,行为选择还会受到其他因素的影响。例如,当面对糟糕的食物时,即使处于饥饿状态,果蝇依然会放弃进食选择交配。

论文第一作者、硕士Sherry Cheriyamkunnel表示:“果蝇实验的结果可能揭示了动物大脑做出决策的基本机制,并且这些机制可能是许多物种共有的,但很难在哺乳动物实验系统中进行研究。”

未来,研究人员希望探索果蝇更多的选择行为机制。比如,果蝇如何在食物和捕食者威胁中做出选择?或者如果雌性果蝇面对类似的选择会发生什么?成瘾、帕金森病或阿尔茨海默病等已知会影响大脑决策的条件会如何影响选择?

了解果蝇的大脑机制,也有望帮助科学家探索复杂的人脑是如何工作的。

参考资料:
[1] Cheriyamkunnel, S. J., et, al. (2021). A neuronal mechanism controlling the choice between feeding and sexual behaviors in Drosophila. Current Biology. DOI:https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.07.029 https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(21)00984-2
[2] Food or sex? Fruit flies give insight into decision-making. Retrieved August 5, 2021, from https://phys.org/news/2021-08-food-sex-fruit-flies-insight.html
[3] Sex- And Food-Deprived Fruit Flies Feast before Flirting. Retrieved August 6, 2021, from https://www.genengnews.com/news/sex-and-food-deprived-fruit-flies-feast-before-flirting/

出处:头条号 @康德科学