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小果蝇如何找吃的?

作者:佚名 2015-04-11 浏览: 1,899 评论:0

摘要: 2015年菠萝化学奖颁给了来自浙江大学的王立铭教授研究组,以表彰他们发现了一种与果蝇觅食密切相关的化学物质——章鱼胺。为什么这样的研究都可以发表?它又是凭什么能获得菠萝科学奖呢?这篇解读将会揭晓答案。 坐在上午最后一节课的教室里,饥肠辘辘坐立不安恨不得一步冲到...

2015年菠萝化学奖颁给了来自浙江大学的王立铭教授研究组,以表彰他们发现了一种与果蝇觅食密切相关的化学物质——章鱼胺。为什么这样的研究都可以发表?它又是凭什么能获得菠萝科学奖呢?这篇解读将会揭晓答案。

坐在上午最后一节课的教室里,饥肠辘辘坐立不安恨不得一步冲到食堂;肚子咕咕叫的时候,翻箱倒柜找出藏在角落的半块巧克力……这样的切身经历,相信大家一定都有过。

吃饭不仅是生活中的头等大事,科学家们也对其中的种种过程颇感兴趣。生物学上把饥饿时候“上穷碧落下黄泉”寻找食物的行为叫做觅食行为,然而觅食行为到底由身体的哪一部分控制、有着怎样的生物化学基础,这一点却一直没有清晰的答案。

而我们的研究团队,就是为“吃”而生的——说得通俗一点,研究课题无非就是“为什么吃”、“吃嘛好”以及“吃多少”。为了解答“动物如何找饭吃” 这个好玩也重要的问题,我们就在实验室里摆弄起了小小的果蝇。

在研究中我们发现,如果小果蝇一段时间吃不到食物,它们就不再顾得上安静地思考“蝇生”,而是开始在小管子里面着急地四处“飞奔”,试图寻找可以果腹的食物,甚至一直奔跑到饿死为止(像不像饥饿版的阿甘?)。

接下来,如果这些疯狂寻找食物的果蝇们吃到了新的食物,它们又会重新恢复平静。哪怕是只有味道、实际不能提供营养的“食物替代品”,似乎也能让它们暂时获得安慰。由此看来,这种“焦急奔走”的状态,确实就是果蝇们在饿肚子时本能的觅食反应了。

那么,这种反应背后,究竟有怎样的化学物质基础呢?我们把研究的注意力集中到了一种神经信号分子上,那就是章鱼胺(Octopamine)。这种分子最早在章鱼的唾液腺中被发现[2],它是去甲肾上腺素的“无脊椎动物版”,在昆虫的神经系统中也发挥着重要的作用。

在用遗传学方法阻断了果蝇体内章鱼胺的合成之后,这些果蝇的觅食行为也会随之消失——即使断了粮,这些具有基因缺陷的小果蝇也不会燃起找食物的斗志,它们依然会像吃饱的果蝇一样表现出一副懒洋洋的样子。不过,这些“懒”果蝇还没有忘了“饭来伸手”的基本生存技能。如果把食物摆到它们嘴边,这些“懒”果蝇依然会狼吞虎咽地吃个肚圆,饭量丝毫不比其他饿肚子的果蝇差,这不仅让人想起了民间故事里脖子上套饼的懒汉。而且,这些果蝇对食物的选择也和其他果蝇一样——在饿肚子时,它们都更偏爱热量高的食物,即使面对两种味道相似的食物,也可以从中挑出更能补充体力的那一种。只不过,缺少觅食动力的果蝇们可能需要更长时间才能找到合适的选择。

这个发现也说明,“找东西吃”与“吃东西”这两件事尽管看起来一气呵成,但它们其实是两个不同的过程,它们背后的生理机制也有差异。那么,究竟饥饿如何分别激活了“找东西吃”和“吃东西”的机制,又保证动物们能够足够机智,在有吃的时候放开肚皮吃饭,没吃的时候迈开脚步觅食呢?这就需要进一步研究进行探索了。(编辑:窗敲雨)

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研究团队工作照。图片来自:news.zju.edu.cn