男性在一個黑暗，擁擠的空間里徘徊。他們利用本能和感官線索的混合，追求潛在的配偶。但他們?nèi)绾螞Q定何時采取行動呢?新發(fā)現(xiàn)回答了這個問題，至少對于被稱為秀麗隱桿線蟲(秀麗隱桿線蟲)的微小土壤蠕蟲而言。

在伍斯特理工學院(WPI)和加州理工學院(加州理工學院)進行的研究發(fā)現(xiàn)，雄性蠕蟲追蹤配偶的地點和時間由四個男性特異性感覺神經(jīng)元決定，這些感覺神經(jīng)元與突觸反饋回路通信以形成決策 - 制作網(wǎng)絡。該團隊在2016年2月22日發(fā)表在“ 美國國家科學院院刊 ”上發(fā)表的論文“在單一神經(jīng)元類別中對比反應，在秀麗隱桿線蟲中實現(xiàn)性別特異性吸引力”中報告了他們的發(fā)現(xiàn)。

“只有四個感覺神經(jīng)元，雄性能夠對其他尋求吸引配偶的秀麗隱桿線蟲分泌的某些信息素的濃度進行復雜的計算，”WPI生物學和生物技術助理教授Jagan Srinivasan博士說。以及新論文的通訊作者。“蠕蟲本質(zhì)上是計算濃度曲線的導數(shù)，并使用該信息來決定移動的位置，以便找到合適的配偶。”

加州理工學院生物學教授，霍華德休斯醫(yī)學研究所研究員，該論文的共同作者Paul Sternberg博士說：“我們的數(shù)據(jù)意味著我們不僅發(fā)現(xiàn)這些性信息素的主要傳感器，而且還有一種顯然新穎的機制。神經(jīng)編碼有效地處理信息。“

成年秀麗隱桿線蟲長約1毫米，約有1,000個細胞，其中約三分之一致力于神經(jīng)系統(tǒng)。盡管蠕蟲體型小，但它是一種復雜的生物，能夠完成動物必須做的所有事情才能生存，包括覓食和尋找配偶，使其成為分子生物學中最強大的研究模型之一。

大多數(shù)秀麗隱桿線蟲是自花受精的雌雄同體，攜帶卵細胞和精子細胞。雄性蠕蟲占人口的比例不到1%。當雌雄同體耗盡其精子細胞時，它們會分泌信息素以吸引雄性。雄性蠕蟲必須與雌雄同體交配才能實現(xiàn)其將基因傳遞給下一代的進化目標。

在目前的研究中，研究人員分析了位于雄蟲頭部附近的四個感覺神經(jīng)元的電活動(每側兩個)。在受控環(huán)境中，它們釋放出不同濃度的有吸引力的信息素并監(jiān)測四種神經(jīng)元的個體反應?；谠擃I域的先前研究，Srinivasan和該團隊假設四個解剖學上相同的神經(jīng)元將以相同的方式同時響應相同的環(huán)境線索。

令人驚訝的是，感覺神經(jīng)元以非常不同的方式反應，并且持續(xù)時間不同，取決于信息素的濃度和與其他神經(jīng)元的突觸活動。在某些情況下，神經(jīng)元會對信息素的氣味迅速作出反應，而在其他情況下，即使存在高濃度的信息素，相同的神經(jīng)元也會基本上關閉并停止發(fā)送感覺信號。

“我們的數(shù)據(jù)表明了一種信息素的策略，其中相同的四組(神經(jīng)元)在興奮性和抑制性反應中編碼不同的濃度......”，作者寫道。“在單個神經(jīng)元類別中編碼不同濃度似乎是另一種方法，線蟲通過其緊湊的神經(jīng)系統(tǒng)破壞對稱性以增加編碼能力，”允許蠕蟲從其環(huán)境中收集更多信息，而不是神經(jīng)元簡單地關閉和上。

研究小組還發(fā)現(xiàn)，突觸活動的水平，即神經(jīng)元之間的通信，與蠕蟲決定轉向氣味有關。在健康的蠕蟲中，這種感覺循環(huán)導致大多數(shù)蠕蟲向信息素的中等濃度，而不是最強的濃度。作者指出，高濃度的信息素可能表明環(huán)境過度擁擠或其他壓力使其不利于成功交配。相反，一小部分氣味意味著附近的雌雄同體太少，無法向那個方向移動。當團隊禁用四個感覺神經(jīng)元中的三個時或者故意降低突觸活動的總體水平，那些只有一個功能性感覺神經(jīng)元的蠕蟲不再表現(xiàn)出偏好，而是直接向任何濃度的信息素移動。

Srinivasan說：“對于完整的蠕蟲，信息素的濃度是最佳的，而且蠕蟲可能不同。” “你可以把它視為個人偏好。這不僅僅是追隨任何氣味，也不是最強烈的注意力。”

Srinivasan說，這種新觀察到的電路可能涉及需要進一步表征的稱為神經(jīng)遞質(zhì)的分子。“這開辟了許多新的問題需要探索，我們希望所涉及的一些神經(jīng)遞質(zhì)可能在人類大腦中發(fā)揮作用。”