飞行大脑深处是进化如何改变思想的线索

当他们自己物种的雌性被识别时，果蝇的雄性将被唤醒，大脑中P1神经元的激活(右)证明了这一点。

对于整个动物界的爱好者来说，找到合适的伴侣需要正确的化学反应。现在，洛克菲勒大学的科学家们已经能够画出一条意想不到的道路，在这条道路上，动物将为动物选择正确的配偶。

科学家与黑腹果蝇合作，探索了雄性如何从许多黑腹果蝇周围的果实中选择自己物种的成员。本周发表在《自然》杂志上的答案颠覆了长期以来的观点，即进化可以确保动物长期存活。

从远处

长期以来，科学家一直认为动物不会穿越，因为进化改变了神经系统的外围部分，包括检测和处理信息素的感觉器官——这些化学物质有助于识别同一物种的其他物种。有人提出，外周变化对动物发展物种特异性行为(包括交配)至关重要，但无法确定这是神经系统的主要还是唯一变化位点。

神经生理学和行为实验室的负责人瓦妮莎芸香属和她实验室的一个团队发现了这种进化，以确保两种密切相关的果蝇(果蝇和拟果蝇)坚持自己的物种。在交配过程中，科学家使用了一系列最先进的基因和成像工具，并发明了一些新技术。它们追踪来自男性前肢感觉神经元的电化学脉冲。他们用它来“品尝”信息素，并一路进入大脑的中央处理中心。

他们发现物种之间的区别在于苍蝇的大脑，在控制交配行为的一小组神经元中。事实上，外周神经系统并没有改变，这表明它们没有参与不同物种的独特交配选择，这是芸香属意想不到的结果。

“我认为这个领域的科学家总是认为这些变化最有可能局限在外围，部分原因是因为它是最简单的观察点，”她说。“当人通过脑回路传播时，人们没有任何可以用来真正追踪感觉信号的遗传工具。”

岔路/侧路/分叉路/分叉路

D.黑腹果蝇雌性产生一种特殊的信息素，作为一种强有力的春药来驱使雄性交配。奇怪的是，d. Simulans雄性对相同的信息素反应强烈，但这对它们来说是一个强大的岔路口，这阻止了它们追求错误物种的雌性。

对芸香属的团队来说，最大的问题是神经系统发生了进化变化，这就是为什么苍蝇对相同的信息素有负面反应。

为了寻找答案，芸香属实验室的博士生劳拉塞霍尔泽(Laura Seeholzer)利用Crispr-Cas9基因编辑，确定两个物种的雄性以相同的方式检测到信息素。她发现神经通路在扩散到大脑时是相同的。在这两个物种中，通路分为两条：一条通路形成所谓的兴奋性中间神经元以鼓励交配，另一条通路抑制中间神经元以抑制冲动。

当科学家测试控制求偶行为的一组被称为P1的神经元发生了什么时，这是苍蝇之间功能差异的第一个迹象。在一个实验中，两个物种的雄性被允许接触雌性黑腹溞并品尝她的信息素。

果蝇中的雄性是正常的，它们的P1神经元通过大脑活动的功能成像而发光。但是对于雄性D. simulans来说，它出去了。

接下来，研究小组试图通过直接刺激P1结节来人工刺激或抑制男性的性欲。这是一个先进的实验：虽然遗传工具可以很容易地操纵D. melanogaster中的神经元，而d . melanogaster是研究最广泛的动物物种之一，但对D. simulans的研究却很少，这迫使Seeholzer和他的同事设计了一种新技术，对这个物种的神经元进行遗传标记，以便它们可以检查自己在交配选择中的作用。

结果：两种苍蝇都有兴奋和抑制的通路。然而，人们发现，它们对P1神经元输入的平衡是苍蝇对同一信息素做出反应的原因。对于蚋类雄性来说，品尝另一个物种的信息素会导致显性抑制途径，掩盖任何交配冲动。

芸香属说，“看到物种中P1神经元的不同反应是我们思考的重点，我们已经确定了一个发生进化变化的地方”，以防止两个物种交叉。

她希望扩大研究范围，比较其他种类的苍蝇，从而发现进化可能促进行为的其他方式。直到最近，这种研究非常耗时。但是她说，使用新的遗传工具，包括Crispr-Cas9，现在有可能比较不同物种之间的神经回路。

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