果蠅 - 黑腹果蠅 - 與二氧化碳有復雜的關(guān)系。在某些情況下，一氧化碳2表示存在美味的食物來源，因為水果中的糖發(fā)酵酵母產(chǎn)生分子作為副產(chǎn)品。但在其他情況下，CO2可能是一個遠離的警告，表明氧氣不足或過度擁擠的環(huán)境，有太多其他蒼蠅。蒼蠅如何區(qū)分?
現(xiàn)在，一項新的研究表明，果蠅嗅覺神經(jīng)元 - 那些負責感知化學“氣味”(如CO)的神經(jīng)元。2—有能力通過以前未被發(fā)現(xiàn)的途徑相互交談。這項工作提供了對腦細胞相互交流的基本過程的見解，并為解決有關(guān)果蠅和一氧化碳的長期謎團提供了新的線索。2.
該研究是在伊麗莎白·洪(BS '02)的實驗室進行的，伊麗莎白·洪是神經(jīng)科學助理教授，也是天橋的陳學者和加州理工學院陳氏研究所的學者。一篇描述這項研究的論文發(fā)表在9月6日的《當代生物學》雜志上。
“一氧化碳2是一個重要但復雜的信號，在自然環(huán)境的各種不同情況下發(fā)現(xiàn)，它說明了神經(jīng)生物學家在理解大腦時面臨的核心挑戰(zhàn)：大腦如何在不同的環(huán)境中處理相同的感覺信號，以使動物做出適當?shù)姆磻?ldquo;我們使用蒼蠅嗅覺系統(tǒng)來解決這個問題，這是研究最好和表征良好的感覺回路之一。即便如此，通過這項研究，我們在大腦如何處理感覺信號方面發(fā)現(xiàn)了一個令人驚訝的新現(xiàn)象。
嗅覺，或嗅覺，是所有動物進化的原始感覺系統(tǒng)。雖然人類主要是視覺動物，但大多數(shù)動物使用嗅覺作為理解環(huán)境的主要方法：嗅出食物，避開捕食者，尋找配偶。果蠅是一種特別易于管理的模型，用于理解嗅覺背后的生物學機制：果蠅只有大約50種不同的氣味受體，而人類有大約400到500個，小鼠有一千多個。
蒼蠅的“鼻子”是它的兩個觸角。這些觸角涂有稱為sensilla的細毛，每個觸角的內(nèi)部都是嗅覺神經(jīng)元。氣味 — 如一氧化碳2或由腐爛的水果產(chǎn)生的揮發(fā)性酯類 - 擴散到感官上的微小孔中并結(jié)合到嗅覺神經(jīng)元上的相應受體上。然后，神經(jīng)元將信號向下發(fā)送到感官并進入大腦。雖然我們沒有觸角，但當你靠進去捕捉一絲美味的烹飪或難聞氣味的反沖時，類似的過程就會發(fā)生在你自己的鼻子里。
在果蠅中，雖然大多數(shù)氣味同時激活大約20種不同類型的感覺神經(jīng)元，但CO2不尋常之處在于它只激活一種類型。利用遺傳分析和功能成像的結(jié)合，Hong實驗室的研究人員發(fā)現(xiàn)一氧化碳的輸出電纜或軸突2敏感的嗅覺神經(jīng)元實際上可以與其他嗅覺神經(jīng)通道交談 - 特別是檢測酯類的神經(jīng)元，這些分子聞起來對果蠅特別美味。
然而，這種嗅覺串擾取決于CO的時間2線索。當一氧化碳2在波動的脈沖中檢測到，例如來自遙遠食物來源的風傳播提示，CO2感知嗅覺通道向編碼酯的通道發(fā)送消息，向大腦發(fā)出信號，表明美味的食物是逆風的。但是，如果一氧化碳2在局部環(huán)境中不斷升高，例如從腐爛的原木中升起，這種串擾被迅速關(guān)閉，并且CO2-敏感的神經(jīng)元直接向大腦發(fā)出信號，以避免信號源。
這是嗅覺神經(jīng)元第一次被證明在它們的軸突之間相互交談，在這些信號到達大腦之前處理傳入的信息。結(jié)果與神經(jīng)科學中流行的教條相反，即信息處理僅限于神經(jīng)元輸入的整合;新發(fā)現(xiàn)表明，信號在輸出端也被重新格式化。
科學家們還發(fā)現(xiàn)，蒼蠅對一氧化碳的行為方式。2還取決于一氧化碳的時間2信號。“我們發(fā)現(xiàn)動物的行為受到CO的時間結(jié)構(gòu)的影響。2信號，“洪說。“當蒼蠅走進一團高架的一氧化碳云中時2，它往往會遠離它所行進的方向。但是在一氧化碳的環(huán)境中2正在脈動，蒼蠅會逆風向氣味的來源跑去。蒼蠅對波動 CO 的行為方式的這種差異2，與持續(xù)一氧化碳的比較2，與 CO 的串擾的依賴性相似2-感應神經(jīng)元到吸引促進食物感應的神經(jīng)元。
了解果蠅嗅覺，特別是在檢測 CO 方面2，是加州理工學院研究人員的長期目標。幾十年前，大衛(wèi)·安德森實驗室的研究人員 - 西摩·本澤生物學教授;天橋與陳氏神經(jīng)科學研究所領(lǐng)導主席;霍華德休斯醫(yī)學研究所研究員;天橋和陳克麗絲神經(jīng)科學研究所所長——發(fā)現(xiàn)蒼蠅避免一氧化碳2作為一種化學物質(zhì)，表明環(huán)境過度擁擠。但最近，邁克爾·迪金森實驗室的研究人員——埃絲特·米和阿貝·扎雷姆(Esther M.)和阿貝·扎雷姆(Abe M. Zarem)的生物工程和航空學教授兼生物學和生物工程執(zhí)行官——發(fā)現(xiàn)蒼蠅也可以被一氧化碳吸引。2，當用它來嗅出食物的來源時。
“我們的工作建立在這些先前的研究之上，并為一氧化碳的一種可能的神經(jīng)解決方案。2可能在不同情況下觸發(fā)蒼蠅的相反行為。這是我在加州理工學院的實驗室的一大亮點，有機會直接與David和Michael的實驗室互動，并討論我們的工作與他們的工作之間的聯(lián)系，“洪說。
下一個主要問題是了解這些平行的嗅覺軸突是如何相互交談的。該團隊排除了神經(jīng)元用來交流的大多數(shù)形式的經(jīng)典化學傳遞，嗅覺神經(jīng)元能夠在軸突之間發(fā)送和接收信息的機制是神秘的。解決這個問題可能會為動物大腦如何檢測和處理感官信息提供新的見解。
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