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        科學家揭示了個性的生物學根源

        將50只新生蠕蟲放入50個獨立的容器中,他們都會在大致相同的時間開始尋找食物。像其他物種的成員一樣,微觀線蟲蛔蟲往往像其他個體一樣行動。

        科學家揭示了個性的生物學根源

        事實證明,控制正在發(fā)展的蠕蟲中適合年齡的行為的先天系統(tǒng)并不完全可靠。盡管共享相同的基因并在相似的環(huán)境中成長,但一些個體蠕蟲將不可避免地走向自己的鼓點。

        洛克菲勒大學的新研究闡明了指導生命不同階段行為的生物學,并且還提出了發(fā)育中的神經(jīng)系統(tǒng)中特定神經(jīng)調(diào)節(jié)劑的變異如何導致偶爾的變異。由Cori Bargmann領(lǐng)導的這項工作是通過一個新設(shè)計的系統(tǒng)實現(xiàn)的,該系統(tǒng)允許科學家在整個生命周期內(nèi)記錄個體蠕蟲的行為信息。它發(fā)表在Cell上。

        “生活的每個階段都存在與其他階段的模式不同的模式,而我們創(chuàng)建的系統(tǒng)我們可以清楚地看到非常復雜和強大的方式,”Bargmann說道,他是Torsten I. Wiesel教授和Lulu和Anthony Wang神經(jīng)電路與行為實驗室負責人。“我們還可以觀察到一些像個性一樣復雜的東西,并開始打破它背后的生物學。”

        化學整合

        我們對基因如何控制行為的理解主要來自于在短時間內(nèi)通過外部刺激改變受試者的正常狀態(tài)的實驗,例如給予鼠標一些奶酪作為完成迷宮的獎勵。我們對基因如何影響行為的了解較少,就像動物正常行為一樣。

        Bargmann實驗室的博士后人員Shay Stern設(shè)計了一個系統(tǒng),用于捕獲蠕蟲在其整個開發(fā)過程中自發(fā)的,內(nèi)部產(chǎn)生的行為,總共約50小時??茖W家們專注于覓食行為 - 蠕蟲在尋找食物時的漫游運動 - 并發(fā)現(xiàn)了個體之間非常相似的活動模式。

        斯特恩說:“盡管蠕蟲是分離的,沒有接受外部線索,但他們在開發(fā)的同一時間積極尋找食物,與其他蠕蟲一樣。”“我們在每個發(fā)展階段都看到了非常精確的覓食行為差異。”

        通過在一些蠕蟲中創(chuàng)建基因突變,研究人員還能夠識別特定的神經(jīng)調(diào)節(jié)劑,或大腦中的化學信使,通??梢允箘游锇从媱澾M行。例如,破壞化學信使多巴胺的突變影響了蠕蟲在后期發(fā)展過程中的漫游速度。其他突變影響每個發(fā)育階段的行為模式,表明不同的神經(jīng)調(diào)節(jié)劑影響不同時間尺度的行為。

        這樣出生

        雖然大多數(shù)蠕蟲符合相同的行為模式,但許多個體蠕蟲因其非典型的覓食行為而脫穎而出。個體之間的差異通常歸因于遺傳差異或暴露于不同環(huán)境,但研究人員設(shè)計此研究以解釋這些差異,使用相同環(huán)境中的遺傳相同的蠕蟲。

        對這些個體差異的一種解釋可能是神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育方式的微小差異。Bargmann指出,一些神經(jīng)元如何相互連接不受遺傳控制的隨機因素。

        但Bargmann及其同事表明,神經(jīng)調(diào)節(jié)劑也可以起作用。研究人員發(fā)現(xiàn),從一群蠕蟲中去除化學信使血清素可以大大減少顯示出獨特漫游模式或個性的蠕蟲數(shù)量。事實上,如果沒有血清素,所有的蠕蟲都會同時表現(xiàn)出相同的覓食行為- 這一發(fā)現(xiàn)表明了個性對生存的重要性。

        “從進化的角度來看,我們不能讓每個人像登場一樣一下子走出懸崖 - 有人必須為物種生存做出不同的事情,”巴格曼說。

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