揭示蜜蜂的大脑是如何进化的

研究人员提出了一种新的模型更高的大脑功能和行为的进化在膜翅目昆虫的顺序。团队肯扬细胞相比,神经细胞的类型,在蘑菇体(昆虫大脑的一部分参与学习、记忆和感觉集成)的“原始”叶蜂和复杂的蜜蜂。他们发现三个不同专业肯扬细胞亚型在蜜蜂的大脑似乎已经从一个单一的、多功能肯扬cell-subtype祖先。未来,这项研究可以帮助我们更好地理解我们自己的一些更高的大脑功能的进化和行为。

你是忙得不可开交,“交际花”或“墙上的苍蝇”?有很多方法我们比较我们的行为的昆虫,事实证明它可能更不仅仅是有趣的习语。研究昆虫不仅可以帮助我们理解他们的行为如何进化,而且高度进化的动物的行为,包括我们自己。哺乳动物的大脑又大又复杂,所以很难确定哪些行为和神经联合和遗传的变化。相比之下,昆虫的大脑更小和更简单,让他们对研究有用的模型。

“2017年,我们报道,肯扬的复杂性细胞(KC)亚型在蘑菇体在膜翅目昆虫的大脑与行为的多样化增加(大型和多样的昆虫)”解释教授Takeo Kubo说科学东京大学研究生院和当前研究的合作者。“换句话说,KC亚型昆虫也越多,越复杂的大脑和行为可能展览。但我们不知道这些不同亚型是如何进化的。这是这项新研究的刺激。”

团队从东京大学和日本的国家农业和食品研究机构(NARO)选择两个膜翅目昆虫物种代表不同的行为:孤独的萝卜叶蜂(单个KC亚型)和复杂,社会蜜蜂(有三个KC亚型)。随着叶蜂更“原始”的大脑,它被认为包含一些祖传的蜜蜂大脑的属性。发现它们之间潜在的进化历程,研究人员利用转录组分析来识别基因表达谱的基因活动)(各种KC亚型和推测其功能。

“我很惊讶,每个三KC亚型的蜜蜂显示类似的相似性对单一KC叶蜂类型,“Hiroki Kohno助理教授称,作者从科学的研究生院。“基于我们的最初的几个基因的比较分析,我们曾认为额外的KC亚型被添加。然而,他们似乎已经分开一个多功能的祖先类型,通过功能隔离和专业化。”KC亚型的数量增加,每个亚型几乎同样继承了一些独特的属性从一个祖先的KC。这些修改以不同的方式,导致不同现在的功能。

研究人员想要一个特定行为的例子祖先KC功能存在于叶蜂和蜜蜂。所以,他们训练叶蜂参与一个共同的蜜蜂行为测试,他们学会气味刺激和奖励。虽然挑战,团队最终能够参与叶蜂的记忆任务。研究人员然后操纵基因称为CaMKII叶蜂幼虫在蜜蜂与形成长期记忆有关,KC函数。当幼虫成为成年人,他们的长期记忆受损,表明基因扮演类似角色叶蜂和蜜蜂。尽管CaMKII表示(即。活跃)在整个单一KC亚型叶蜂,优先在蜜蜂,只表达一个KC亚型。这表明,CaMKII的角色在长期记忆是传递到特定的KC亚型的蜜蜂。

尽管不同的大小和复杂性的昆虫和哺乳动物的大脑,有共性的功能和神经系统的基本架构。这就是为什么在这项研究中提出的模型的进化和多样化KC亚型可能有助于对更好地理解自己行为的进化。接下来,团队感兴趣研究KC类型与社会行为,如蜜蜂的“摇摆舞”。

“我们希望澄清本文提供的模型是否适用于其他行为的演变,“Takayoshi Kuwabara,博士生和研究生第一作者的科学。“有很多神秘的神经基础控制社会行为,无论是在昆虫、动物或人类。如何进化仍然在很大程度上仍是个未知数。我认为这项研究是一项开创性的工作在这一领域。”

参考:Kuwabara T, Kohno H,畠山直哉M,久保T .蘑菇身体的进化动力学凯尼恩从多功能类型细胞在膜翅目昆虫的大脑功能专门化类型。Sci副词。2023;9 (18):eadd4201。doi:10.1126 / sciadv.add4201

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