果蝇“懒人吃饼”的奥妙

王立铭课题组PNAS发文说明果蝇觅食行为

发布时间:2015-04-07来源:新葡京棋牌下载资讯办编辑:周炜 卢绍庆29471





    水果放久腐烂,果蝇不请自来,这一行为背后有一整套精密和复杂的调控机制。新蒲京棋牌生命科学研究院王立铭课题组,通过在实验室中重现果蝇的觅食行为,第一次在动物中发现了一种调控觅食行为的分子蟑胺(octopamine),没有这种分子,果蝇即使饿了也不会去找吃的。这为大家揭开了关于“吃”的奥妙的冰山一角。
    
    
相关论文于2015年4月7日在线发表于PNAS(美国科学院院刊)上。新葡京棋牌下载生命科学研究院的硕士研究生杨哲、博士研究生于悦和美国加州大学伯克利分校分子与细胞生物学系的Vivian Zhang 是论文的共同第一编辑,王立铭为通讯编辑。
    
    
怎么知道果蝇饿了?
    
    
当你感到饥饿,你会有点抓狂或者直奔食堂,平时不爱吃的食物,也许会觉得特别香。“大家实验室关心的最大的问题,就是动物如何感知饿以及饿了之后会干什么。”王立铭说,这个过程至少包含两个独立的步骤:一,是大脑检测到体内的生物信号,判断出体内的能量或者营养物质不足了;二,由此引发的情绪和行动上的反应。
    
    
果蝇是科学家们最为青睐的模式生物之一。之前发达的遗传学研究已经让科学家能自由“改造”果蝇的基因和神经元,用来探究生命机制。那么问题来了,大家怎么判断果蝇饿了?人类和果蝇语言不通,必须找到一种表征“饿”的行为。
    
    
论文第一编辑之一杨哲先容,课题组选择了“觅食”(foraging)作为判断标志。觅食有三项关键特征:活动性增强,目的性明显,伴随策略选择。这三条,在课题组建立的果蝇“饥饿模型”上都一一满足。特别有趣的是,果蝇也和人类一样,肚子饱的时候行为相对理性,而饥肠辘辘的果蝇大规模出现了“饥不择食”的行为。
    
    
果蝇“懒人吃饼”
    
    
通过一系列高通量筛选的方法,科学家找到了一种神经递质——蟑胺,这种分子在结构上与人体的去甲肾上腺素极其相似。“大家发现,没有蟑胺,饥饿的果蝇就不会发生觅食行为,即使它们的身体机能上是完整和正常的,没有运动障碍,但唯一不同的是,它们饿了也不会增强活动性,不会去觅食。”另一共同第一编辑于悦说,蟑胺就是饥饿引发的觅食行为的一个关键分子。
    
    
“但更加有趣的是。大家发现,果蝇还是会饿。”王立铭先容,课题组的研究人员将食物放进果蝇的嘴巴,果蝇还是会张口,而且食欲比吃饱的果蝇大得多,也就是说,如果以进食(feeding)为指标的话,它们还是会觉得饿。”这有点像中国民间“懒人吃饼”故事的主角,那个懒到家甚至连脑袋都懒得转一下的懒人,只吃了嘴边的那部分饼,最终还是饿死了。
    
    
“满地找吃”与“吃得很撑”或许是两码事
    
    
饿了就会满地找吃的,这是生物世界最正常不过的事。但是王立铭课题组的最新研究,为大家揭示了“觅食”与“进食”背后更加丰富的内涵。“就大众而言,大家通常认为饥饿是通过一个单一的神经中枢检测到,并引发一系列情绪和行为。”但大家的研究提示了,至少在果蝇里,当大脑感受到饥饿的时候,引发觅食和引发摄食可能是完全独立的两套体系。蟑胺的缺失,阻断了果蝇的‘觅食行为,但并没有阻断它的摄食行为。“就像两个神经‘泵’,一个被破坏,另一个还能正常运行。”
    
    
人的大脑是一套极其精密的运行系统,王立铭说,对于吃的研究,实际上是在研究大家的大脑如何检测身体内部的信号并作出一系列反应。果蝇中的发现确实可以帮助大家进一步理解人类的大脑,理解大家如何感到饥饿,如何决定在什么时间、什么地点吃什么样的食物;以及大家为什么对美味的诱惑难以抵挡,又该如何保持健康和合理的饮食习惯。
    
    
“尽管小小的果蝇和人类之间存在巨大的差别,但是如何感觉饥饿、如何寻找食物应该是保证动物生存繁衍的基本机能,可能存在进化路径上高度保守的调控机理。”王立铭说。在接下来的研究中,他的实验室将进一步展开关于果蝇觅食行为的研究,希翼能彻底阐明果蝇大脑感受机体代谢水平、并相应调节行为的机理。“期待这一研究能够帮助大家更好地理解人类大脑,并在有朝一日帮助大家理解包括厌食症和贪食症在内的相关代谢疾病的致病机理。”
    
    (文 周炜/摄影 卢绍庆)

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