研究揭示群養降低動物打架分子和細胞機理
日期:2011-06-22 08:23:53
社會經歷可以影響動物行為。比如,多數動物,獨養和群養影響爭斗性。獨養長大的雄性相遇時打架多,群養長大的動物打架相對較少。
這些現象,較為人們所熟知,知其然。而科學家們希望知其所以然,就會問:社會經歷如何影響行為?群養和獨養動物打架為什么有差別?
饒毅實驗室的研究生周傳于2008年在《自然—神經科學》(Nature Neuroscience)發表的一篇論文,發現神經遞質分子鱆胺對打架很重要,還附帶提到:群養和單養也影響果蠅打架。
2011年6月19日,《自然—神經科學》(Nature Neuroscience)在線發表劉薇薇、梁新華等的論文,對果蠅打架的進一步研究,由饒毅、張建旭、楊震三個實驗室合作開展。
他們發現:群養通過果蠅之間發送一個稱為cVA的揮發性外激素分子,作用于另一果蠅的嗅覺系統,通過后者含Or65a受體的神經細胞,從而抑制打架。
這些結果有助于理解群養社會經歷對動物打架的影響,也提示了第一個可以用來減低打架的化學分子。
在神經生物學上,他們還有一個有趣的發現:短時間急性給予cVA通過Or67d增加果蠅打架,而長時間慢性給予cVA激活Or65a神經元而減少打架。也就是說,同一個外激素分子,在不同時程作用于不同受體細胞,最后起相反的作用。
他們的分析還發現,cVA的作用,除了需要感覺神經元輸入,還需要第二級信息處理區域的中間神經元,才能介導cVA對打架的抑制。
外激素是同種動物個體之間進行交流的重要信號分子。在調節動物生理和行為方面起著重要作用。果蠅的外激素主要是分布在表皮的烴類物質。cVA化學全名為11-cis-vaccenyl acetate,是雄果蠅特異的外激素。以前知道它通過Or67d刺激雄性打架、誘導雌性接受雄性、抑制雄性對雄性的交配企圖,沒有預計它還能抑制雄性打架,現在知道它能抑制和增加雄性打架靠的是不同的時程和受體神經元。
饒毅實驗室劉薇薇和梁新華實驗發現cVA的時程不同,對打架的作用相反,而且用的受體神經元不同。當Or67d嗅覺神經元被殺死或是暫時失活,果蠅的攻擊水平大大降低;而及時升高Or67d嗅覺神經元的活性則可以使果蠅更好斗。另一方面,長時程cVA曝露 會抑制雄蠅的打架。單獨飼養的雄蠅比群養的雄蠅更加好斗;但單養的雄蠅如果長期接觸到群體雄蠅的氣味,他們的攻擊水平會降低。由于cVA是唯一已知的成年雄蠅特異的揮發性的外激素。劉薇薇和梁新華檢測cVA會不會參與群養對打架的影響。她們發現,長期cVA曝露會抑制果蠅打架。進一步實驗表明,Or65a嗅覺神經元介導了cVA減少打架的作用。在長時程cVA曝露期阻斷Or65a嗅覺神經元的遞質傳遞,就會去除到長時程cVA的打架抑制效應。在單養的果蠅中,如果人為地長期升高Or65a嗅覺神經元的活性,可以模擬cVA長期曝露的效果,使果蠅的攻擊水平降低。
Or67d和Or65a這兩條嗅覺通道可能存在著由中間神經元介導的側向抑制作用,劉薇薇、梁新華的實驗表明位于果蠅嗅葉的中間神經元確實參與到了果蠅攻擊行為可塑性的調節當中。中間神經元到底怎樣介導了這兩個嗅覺通道之間的側向抑制?目前并不清楚。
高等動物,包括人,群養長大的也比獨養長大的沖突少,其生物學機理不明,起作用的分子、細胞就更不清楚。
行為和遺傳學實驗由劉薇薇和梁新華進行。劉薇薇是北京師范大學在饒毅實驗室的研究生,梁新華是中國科學院上海神經所在饒毅實驗室的研究生。中國科學院動物所張建旭研究員和他的學生張瑤華通過氣相色譜-質譜檢測果蠅體表外激素的含量以及雌雄差別。北大化學系的楊震教授和他的學生龔建賢化學合成cVA。
研究獲得科技部、北京市科委支持。
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