为什么我们冻结时吓了一跳?飞研究可能的答案

哥伦比亚大学的一项研究在果蝇已确定5 -羟色胺化学物质触发人体的惊吓反应,像自动车灯前的反射,身体瞬间结冰应对潜在威胁。今天的研究显示,当一个飞行经历一个意想不到的改变周围环境,如突然振动,释放5 -羟色胺能从字面上和暂时停止飞行。

这些研究结果,发表在《当代生物》,提供广泛的洞察惊吓的生物学反应,无处不在,然而神秘,所观察到的现象在几乎所有动物研究到目前为止,从果蝇到鱼人。

“想象与家人坐在客厅里,突然灯出去,或地面开始震动,”理查德·曼说,博士,哥伦比亚大学首席研究员的心理大脑行为研究所和莫蒂默·扎科曼论文的资深作者。“你的反应,你的家庭,将是相同的:你会停止,冻结,然后搬到安全的地方。这项研究中,我们在苍蝇快速释放的化学物质5 -羟色胺神经系统驱动器初始冻结。因为血清素也存在于人们,这些发现揭示了可能是当我们吓了一跳。”

在大脑中,血清素是最与调节情绪和情感密切相关。但是之前的苍蝇和脊椎动物研究表明它也能影响动物的运动的速度。哥伦比亚大学的研究人员的最初的目的是为了更充分地了解化学完成。

使用FlyWalker团队首先分析果蝇的步骤,一个装置由哥伦比亚物理学家马尔卡索博尔曼博士和博士跟踪昆虫的步骤在一种特殊类型的玻璃。监控苍蝇如何移动后,科学家操纵5 -羟色胺的水平,另一种叫多巴胺的化学物质,在苍蝇的腹神经索(VNC),这是类似于脊椎动物脊髓。

他们的初步结果表明,激活神经元产生5 -羟色胺的VNC拖慢飞,而压制这些神经元的速度飞了。额外的实验表明,血清素水平可能会影响昆虫的步行速度在多种条件下,包括不同的温度,苍蝇饥饿时,或当他们走颠倒,通常影响步行速度的所有情况。

“我们目睹了5 -羟色胺最大的影响当苍蝇经历了快速的环境变化,”克莱尔说,霍华德,博士论文的第一作者。“换句话说,当他们吓了一跳。”

为了进一步研究,研究小组设计了两个场景引出一只苍蝇的惊吓反应。首先,他们关掉灯:昆虫总停电。第二,他们模拟地震。

为此,科学家们与谭雅Tabachnik合作,先进的仪器在哥伦比亚Zuckerman研究所主任。Tabachnik团队的机械师和工程师与科学家为他们的研究设计和制造定制系统。在这项研究中,他们创造了一个微型的,最顶端的间谍领域专业振动马达。调整汽车的力量产生所需的地震效应。当研究人员暴露了苍蝇停电或地震的场景,他们也操纵飞行的能力产生5 -羟色胺。

“我们发现,当一只苍蝇在这些场景吓了一跳,血清素就像紧急制动;释放需要他们冻结,部分反应可能是由于加强双方的动物的腿关节,”曼博士说,他也是希金斯教授生物化学和分子生物物理学(在系统生物学)在哥伦比亚瓦大学的内科医生和外科医生。“这co-contraction可能导致短暂的暂停散步,之后昆虫开始行动。”

“暂停我们认为这是很重要的,”霍华德博士补充说,“它可以让果蝇的神经系统收集的信息突然改变并决定应该如何应对。”

有趣的是,即使飞在这两个场景的反应是导致立即暂停,他们随后步行速度显著不同。

“被吓了一跳之后在停电的情况下,飞的步伐是缓慢而深思熟虑的,”霍华德博士说。“但地震造成苍蝇初始暂停后走得更快。”

虽然这些发现是特定于果蝇,无处不在的血清素和惊吓反应提供的线索时发生的化学和分子过程更复杂的动物,包括人,吓了一跳。

展望未来,研究人员希望能进一步研究血清素在运动中所扮演的角色,以及其他因素可能在起作用。

“我们的研究结果表明,血清素可能与许多不同类型的神经细胞动态神经系统,如那些指导运动和处理感觉信息,”曼博士说。“当我们和其他人继续调查,我们希望开发一个详细,分子运动的蓝图,可以广泛应用于其他动物,甚至是人。”

参考:霍华德,c, E。、陈C.-L。Tabachnik, T。Hormigo, R。Ramdya, P。&曼r s (2019)。含血清素的走在果蝇的调制。现代生物学,0 (0)。https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.10.042

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