在研究果蝇的交配仪式时科学家可能了解到大脑是如何进化的

雄性果蝇有多种寻找配偶的技巧，从在黑暗中感知信息素到依靠光线中的视觉线索。现在，新的研究表明，这些微小的追求者正在利用灵活的模块化大脑回路网络来快速适应不同的交配信号。

这项研究发表在《自然》杂志上，首次描述了不同种类的果蝇如何将新的感官输入(如信息素)插入一组基本的大脑回路，而无需从头开发新的神经通路。这些发现为理解大脑线路如何改变以影响行为进化提供了一个更大的框架。

神经生理学和行为实验室负责人凡妮莎·鲁塔 (Vanessa Ruta) 说：“动物界的行为多样性非常巨大，但神经系统如何因进化而形成的根本机制却很难阐明。”

“在这里，我们发现了我们认为是一种关键的神经机制，它使大脑回路具有跨物种重新连接的灵活性。”

即插即用

行为进化的一大谜团是，随着物种的多样化，大脑回路如何跟上社会信号的快速变化，从而使个体能够找到理想的伴侣。例如，求偶行为进化得很快，很难想象每次新的信息素进入果蝇的大脑时，果蝇的大脑都会完全重塑自己。

但直到现在，我们仍无法确定进化在神经系统中的哪个位置起作用以改变行为，因此，是什么让这种回路如此适应性强的关键特征仍然是个谜。鲁塔的团队转向果蝇，这种密切相关的物种拥有相似的大脑，但依靠截然不同的线索进行交配仪式。

例如，拟果蝇主要依靠视觉线索寻找配偶，而雅库巴果蝇则进化出一种新能力，即使在完全黑暗的环境中也能利用信息素寻找配偶。这些和其他变异为我们提供了一个研究相似大脑如何检测和感知不同社交线索的机会。

“我们开始寻找大脑中可能具有灵活性的部分，”这项研究的第一作者、Ruta 实验室的博士后研究员 Rory Coleman 说道。“我们正在寻找可能使大脑回路具有内在适应性的特征，以及推动行为多样化的潜在进化热点。”

在使用行为分析、基因工具、神经成像和 CRISPR 基因组编辑对多个物种的信息素感应回路进行比较后，他们最终发现，雄性前肢中的感觉神经元和高级大脑中的 P1 神经元是调节跨物种求偶的关键。

研究小组发现，雄性交配行为的基本神经构造块(如 P1 神经元)在不同物种中都存在，但不同的感官信号可以灵活地连接到这个节点。这使得不同物种的苍蝇能够发展出不同的交配策略，而无需重新连接整个大脑。

例如，研究人员发现，果蝇和果蝇的 P1 神经元在响应完全不同的信息素时被激活。然而，P1 神经元在发起求偶过程中的作用在两个物种中仍然保留。

“我们研究的一个重要发现是，每个物种的大脑中都有离散节点，可以灵活地整合新的感觉模式，”Ruta 说。“这种灵活性使得像 P1 神经元这样的保守节点仍然可以在不同物种中发起求爱，但会对雌性的不同暗示做出反应。”

社交大脑

这项研究属于洛克菲勒普莱斯家族社会脑研究中心的一项研究，该中心致力于了解社会行为的神经、细胞和分子基础。除了揭示面对新感官输入时的灵活性之外，这项研究还展示了一种研究社会行为如何跨物种进化的实验方法。

“我们的研究结果表明，果蝇是研究行为进化的强大系统，”Ruta 说。

通过研究神经回路的变化如何影响交配等行为，该实验室希望加深我们对大脑功能和社会行为之间复杂相互作用的理解，为理解社会回路如何构建以产生人类大脑的适应性行为提供一个框架。

尽管苍蝇和人类的大脑结构存在很大差异，但神经回路进化和适应的一些基本原理很可能在不同物种之间得以保留。

科尔曼说：“我们希望像这样的比较进化研究将揭示出影响动物界(包括人类)神经回路构建的核心规则。”

“许多神经系统疾病被认为是由神经回路错误连接引起的，”Ruta 补充道。“通过从进化的角度研究神经回路，我们希望能够揭示哪些神经基序可以改变，以及它们是如何改变的，不是由于疾病的破坏，而是由于进化选择的结果。”

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