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生物物理所揭示果蠅群體聚集規律及調控機制

2020-01-23 生物物理研究所
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  1月21日,中國科學院生物物理研究所朱巖實驗室在eLife 雜志上在線發表題為Emergence of social cluster by collective pairwise encounters in Drosophila 的文章,揭示了在實驗室條件下果蠅自發聚集形成穩定有序的群體,這個高度動態過程涉及大量、但短暫的個體間相互作用。

  在自然界中,從微生物到人類的很多物種都表現出驚人的聚集成群的現象。同種生物傾向于聚集形成一個緊密群體是非常重要的生存策略,有助于覓食,共同抵御外敵,提升對外界環境變化的敏感度,及增強群體決策等。從無序的個體到高度有序的群體結構的涌現是重要的生命過程,也是理解動物的群體行為起源和穩定機制的重要前提。

  果蠅通常被認為是非社會性昆蟲,但也有研究發現果蠅在沒有任何外界刺激誘導時能表現出聚集趨勢,那么果蠅是如何自組織聚集成為穩定的群體的?群體內成員間的社會距離又是如何調控的?控制這一行為的神經環路機制是什么樣的?

  朱巖實驗室近年來圍繞果蠅社會性的神經機制和分子機制進行一系列研究。在本研究中,該團隊通過高分辨行為追蹤結合,發現聚群行為依賴于大量的、成對的、不對稱的、短暫的個體相遇,而且相遇期間兩個果蠅的外周器官的觸碰是觸發這個行為的關鍵。進一步研究發現,對于五種主要感知的剝奪會導致非正常的相遇,從而使得整個群體無法形成。此外,通過神經元失活和光遺傳激活手段發現ppk特異標記的機械感知神經元在調控自組織行為中起到重要作用。在體功能成像結果提示,在群體環境中位于果蠅腿部尖端的ppk神經元由于物理接觸而被特異性地激活。利用計算機模擬長距離吸引作用和短距離排斥作用,該團隊發現這種高度規則的群體結構可以依賴于局部的個體感知和信息交流來實現。

  博士生姜麗芬為論文第一作者,其他共同作者包括程亞鑫、高山、鐘印成、馬誠睿、王天宇。研究員朱巖為論文通訊作者。該研究獲得自然科學基金委、中科院和腦與認知國家重點實驗室的支持。

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圖:果蠅自組織聚集,不對稱相遇及ppk神經元的調控。

打印 責任編輯:葉瑞優

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