科學(xué)家揭示了個(gè)性的生物學(xué)根源

將50只新生蠕蟲放入50個(gè)獨(dú)立的容器中，他們都會(huì)在大致相同的時(shí)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(gè)體一樣行動(dòng)。

事實(shí)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(zhǎng)，但一些個(gè)體蠕蟲將不可避免地走向自己的鼓點(diǎn)。

洛克菲勒大學(xué)的新研究闡明了指導(dǎo)生命不同階段行為的生物學(xué)，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(dǎo)致偶爾的變異。由Cori Bargmann領(lǐng)導(dǎo)的這項(xiàng)工作是通過一個(gè)新設(shè)計(jì)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)允許科學(xué)家在整個(gè)生命周期內(nèi)記錄個(gè)體蠕蟲的行為信息。它發(fā)表在Cell上。

“生活的每個(gè)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(fù)雜和強(qiáng)大的方式，”Bargmann說(shuō)道，他是Torsten I. Wiesel教授和Lulu和Anthony Wang神經(jīng)電路與行為實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人。“我們還可以觀察到一些像個(gè)性一樣復(fù)雜的東西，并開始打破它背后的生物學(xué)。”

化學(xué)整合

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

Bargmann實(shí)驗(yàn)室的博士后人員Shay Stern設(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)，用于捕獲蠕蟲在其整個(gè)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(shí)。科學(xué)家們專注于覓食行為 - 蠕蟲在尋找食物時(shí)的漫游運(yùn)動(dòng) - 并發(fā)現(xiàn)了個(gè)體之間非常相似的活動(dòng)模式。

斯特恩說(shuō)：“盡管蠕蟲是分離的，沒有接受外部線索，但他們?cè)陂_發(fā)的同一時(shí)間積極尋找食物，與其他蠕蟲一樣。”“我們?cè)诿總€(gè)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(shí)別特定的神經(jīng)調(diào)節(jié)劑，或大腦中的化學(xué)信使，通?？梢允箘?dòng)物按計(jì)劃進(jìn)行。例如，破壞化學(xué)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(gè)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(shí)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(gè)體蠕蟲因其非典型的覓食行為而脫穎而出。個(gè)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(jì)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(duì)這些個(gè)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(jī)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(xué)信使血清素可以大大減少顯示出獨(dú)特漫游模式或個(gè)性的蠕蟲數(shù)量。事實(shí)上，如果沒有血清素，所有的蠕蟲都會(huì)同時(shí)表現(xiàn)出相同的覓食行為- 這一發(fā)現(xiàn)表明了個(gè)性對(duì)生存的重要性。

“從進(jìn)化的角度來(lái)看，我們不能讓每個(gè)人像登場(chǎng)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(shuō)。

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