《Nature》阻止动物跨物种交配的关键节点

动物们在恋爱过程中，为了找到合适的伴侣需要产生正确的化学信号。洛克菲勒大学的科学家找到了为动物安排合适伴侣的“进化之手”。

　　

本周发表在《Nature》杂志上的一篇文章推翻了长期以来关于进化确保动物种族延续的信念。

远眺

长期以来，科学家们认为动物不会自己杂交，因为进化改变了它们的神经系统外周（末梢区域），包括检测和处理信息素的感官。外周变化被认为是动物发展出物种特异性行为（包括交配）的必要条件。但是，目前还未能确认它是否是动物神经系统变化的主要或唯一位点。

Vanessa Ruta是神经生理学和行为实验室的负责人，她与她的团队利用一系列先进的遗传和成像工具，并发明了一些新工具，追踪雄性果蝇前腿感觉神经元（用来“嗅”信息素，将信息传递至大脑中央处理中心）电化学脉冲，比较了两个关系较为密切的果蝇物种——-黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）和拟果蝇（Drosophila simulans）在交配时为什么始终坚持自己的物种。

他们发现物种差异位于果蝇大脑深处的一小群控制交配的神经元中。事实上，外周神经系统根本没有变化，也就是说，它们在控制不同物种交配选择中不发挥作用。

这是始料不及的发现，Ruta说：“领域内科学家长期以来一直认为变化来自外周，我认为，这大概是因为它是最容易观察的地方吧。过去，人们并没有使用遗传工具来追踪通过大脑电路的感觉信号。”

岔路口

黑腹果蝇雌硬产生一种具有强大催情作用的信息素，驱使雄性与之交配。奇怪的是，拟果蝇雄性对这种信息素相当反感，这能阻止它们向错误的雌性求爱。

Ruta有个疑问，进化赋予了神经系统哪些变化，让雄性对同一信息素产生了截然不同的反应？

Ruta实验室的博士生Laura Seeholzer借助Crispr-Cas9基因编辑技术发现，两个物种的雄性果蝇采用了相同的神经路径以检测该信息素。两个物种的这条路径都分裂成两个通道，一条通往兴奋性中间神经元、鼓励交配；另一条通往抑制性中间神经元、抑制冲动。

当科学家们对一组名为P1的神经元簇进行测试时，他们发现了物种间功能差异的第一个关键证据。在一组实验中，两个物种的雄性被允许接触黑腹果蝇雌蝇，用前腿品尝她的信息素。

雄性黑腹果蝇被唤醒了，大脑活动功能成像显示P1神经元亮了，相反，雄性拟果蝇的P1神经元还是暗的。

接下来，研究人员直接刺激或抑制P1节点尝试操纵果蝇性欲。这是一个高阶实验：虽然操纵黑腹果蝇的遗传技术已经比较成熟，但是对拟果蝇的研究相对较少，迫使Seeholzer和同事必须额外设计新技术标记它们的神经元。

结果是，两种果蝇存在相同的兴奋和抑制途径，但是P1神经元对输入的应答平衡是导致果蝇对同一信息素行为相反的原因。对雄性拟果蝇来说，其他物种的信息素使它们的抑制途径占主导。

“我们找到了阻止两个物种杂交的进化改造，”Ruta说。

她希望这项研究可以扩大到其他果蝇物种，从而揭示更多进化驱动行为的方式。“在过去，这种研究将会非常耗时，现在，有了CRISPR/Cas9等先进工具，我们才有能力比较物种之间的神经元回路。”

原文检索：Evolution of a central neural circuit underlies Drosophila mate preferences

（生物通：伍松）