本能行為是與生俱來(lái)的，但也會(huì)受到社交經(jīng)歷的調(diào)節(jié)。比如，社交隔離會(huì)增強(qiáng)小鼠與果蠅的攻擊行為。除此之外，社交隔離或社交經(jīng)驗(yàn)還調(diào)節(jié)求偶、睡眠、覓食等本能行為。是否存在一套共通的調(diào)控機(jī)制介導(dǎo)社交經(jīng)驗(yàn)對(duì)本能行為的調(diào)節(jié)？近日，東南大學(xué)生科院潘玉峰教授在美國(guó)科學(xué)院院刊（PNAS）發(fā)表研究論文“A neural pathway for social modulation of spontaneous locomotor activity (SoMo-SLA) in Drosophila”，探究了這一科學(xué)問(wèn)題。
本研究中，作者以果蠅的自發(fā)運(yùn)動(dòng)作為行為輸出，探究社交隔離（“獨(dú)居”對(duì)比“群居”）對(duì)本能行為的調(diào)控機(jī)制。作者發(fā)現(xiàn)，社交隔離的果蠅自發(fā)運(yùn)動(dòng)更多，而群居后的果蠅自發(fā)運(yùn)動(dòng)較少。作者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，處于群居飼養(yǎng)中的雄蠅通過(guò)味覺(jué)受體ppk23接收環(huán)境中的社交信息刺激，并增加了神經(jīng)肽Diuretic hormone 44 (DH44) 的表達(dá)，同時(shí)降低了神經(jīng)肽Tachykinin (Tk) 的表達(dá)。缺乏DH44或Tk的突變體果蠅的自發(fā)運(yùn)動(dòng)不再受到社交經(jīng)歷的調(diào)控。
該團(tuán)隊(duì)2022年發(fā)表在PNAS上的另一篇研究論文發(fā)現(xiàn)，doublesex（dsx）基因調(diào)控性別特異的求偶與攻擊行為（The doublesex gene regulates dimorphic sexual and aggressive behaviors in Drosophila）。本研究中，作者發(fā)現(xiàn)社交隔離對(duì)自發(fā)運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)也具有性別二態(tài)性，主要影響雄性，且受到dsx神經(jīng)元控制。作者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了一條性別二態(tài)性的神經(jīng)環(huán)路dsxDH44-P1a-dsxTk（圖1）。其中，dsxDH44代表同時(shí)表達(dá)DH44和dsx的神經(jīng)元，dsxTk代表同時(shí)表達(dá)Tk和dsx的神經(jīng)元，這兩種神經(jīng)元均在雄性中有更多細(xì)胞；P1a代表一類(lèi)主要表達(dá)dsx的雄性特異的神經(jīng)元。這三類(lèi)神經(jīng)元的性別二態(tài)性也決定了該行為調(diào)節(jié)的性別特異性。
作者發(fā)現(xiàn)，dsxTk和dsxDH44神經(jīng)元分別促進(jìn)和抑制自發(fā)運(yùn)動(dòng)，而P1a神經(jīng)元可在不同的興奮強(qiáng)度時(shí)雙向調(diào)節(jié)自發(fā)運(yùn)動(dòng)。一方面，P1a和dsxTk神經(jīng)元形成功能正反饋，放大了該環(huán)路對(duì)外界刺激的響應(yīng)，并產(chǎn)生一種延續(xù)性的效果；另一方面，P1a和dsxDH44神經(jīng)元形成功能負(fù)反饋，一定程度上保持了該環(huán)路的穩(wěn)定性。作者還發(fā)現(xiàn)，豐富的社交經(jīng)驗(yàn)增強(qiáng)了dsxDH44神經(jīng)元的本底活性，同時(shí)抑制了dsxTk和P1a的神經(jīng)元可興奮性。這些神經(jīng)肽表達(dá)以及神經(jīng)元功能上的改變共同調(diào)控了社交經(jīng)驗(yàn)對(duì)自發(fā)運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)，使得社交隔離的雄蠅自發(fā)運(yùn)動(dòng)更多，而社交經(jīng)驗(yàn)豐富的雄蠅自發(fā)運(yùn)動(dòng)更少。
圖1. 兩類(lèi)神經(jīng)肽信號(hào)相反的介導(dǎo)社交隔離調(diào)控自發(fā)運(yùn)動(dòng)和本能行為
作者認(rèn)為，自發(fā)運(yùn)動(dòng)代表了動(dòng)物的一種內(nèi)在狀態(tài)，這種內(nèi)在狀態(tài)可進(jìn)一步泛化并調(diào)控多種本能行為。因此，社交隔離調(diào)控自發(fā)運(yùn)動(dòng)的機(jī)制可也能應(yīng)用于其對(duì)更多本能行為比如求偶與攻擊行為的調(diào)節(jié)，作者也在該文中對(duì)此做出了初步的驗(yàn)證。未來(lái)的研究將進(jìn)一步解析神經(jīng)肽DH44和Tk在哺乳動(dòng)物中的同源物是否也具備類(lèi)似的功能。這些研究為解析生物體如何響應(yīng)外界環(huán)境和內(nèi)在需求，并經(jīng)驗(yàn)依賴(lài)性的調(diào)節(jié)本能行為輸出，提供了新的見(jiàn)解。
該研究的第一作者是東南大學(xué)生科院博士生趙環(huán)，通訊作者為潘玉峰教授及其團(tuán)隊(duì)成員紀(jì)小小博士。該項(xiàng)目受到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目資助。(生科院)
原文連接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2314393121
