當(dāng)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(xué)反應(yīng)。現(xiàn)在，洛克菲勒大學(xué)的科學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(guān)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(xué)和行為實驗室的負責(zé)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(guān)的果蠅(果蠅和擬果蠅)堅持自己的物種。在交配過程中，科學(xué)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(shù)。它們追蹤來自男性前肢感覺神經(jīng)元的電化學(xué)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(lǐng)域的科學(xué)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?！爱?dāng)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(yīng)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(yīng)。
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相同的。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(dāng)科學(xué)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(shè)計了一種新技術(shù)，對這個物種的神經(jīng)元進行遺傳標(biāo)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(yīng)的原因。對于蚋類雄性來說，品嘗另一個物種的信息素會導(dǎo)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(yīng)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。
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