日本科学家利用“斗鱼”揭示基因与神经活动同步的“夫妻相”原理

发表时间: 2020-06-28 21:48

暹罗斗鱼图片来源:人间本色

当拳王穆罕默德·阿里乔·弗雷泽在拳击台上对擂时,几乎没人会想到他们脑袋里的基因发生了什么变化。

阿里与弗雷泽的世纪之战,照片摄于1971年

但最近一项有关斗鱼的新研究表明,在鱼打斗的过程中,它们大脑中的基因开始以一种协调的方式开启和关闭。我们尚不清楚这些基因在做什么,以及它们对打斗有什么影响,但人类大脑也可能在发生类似的变化。

近日,发表在《PLOS Genetics》上的一项新研究,试图解答这一长期以来的谜题。

美国伊利诺伊大学香槟分校的行为生态学家Alison Bell说:“这项研究或许很好地展示了‘社交互动能够深入影响人体’的方式。

动物(包括人类)如何协调行为的分子基础仍然是个谜。德克萨斯大学奥斯汀分校的进化社会神经科学家Hans Hofmann说:“无论是交配还是打架,动物都很擅长,但我们并不清楚它们是如何做到的。

该研究通讯作者、日本北里大学的分子生物学家Norihiro Okada首次在电视上看到暹罗斗鱼时,他意识到这些动物可以帮助解开这个谜题。

体型如金鱼般大小暹罗斗鱼原产于泰国,经过培育后,它们的鳍和尾巴都变得非常大,且颜色更加亮丽夺目。水族馆倾向于将这些称为“斗鱼”的宠物分开饲养。因为它们具有领地意识可以进行持续1小时以上的打斗,包括攻击、撕咬和追逐它们甚至还会在鱼式摔跤中锁住对方下颌。

Okada和他的同事录制了17对鱼之间长达十几个小时的打斗视频,然后分析了在每一次打斗过程中发生的情况及时间。研究人员在论文中写道:“打斗时间越长,这些鱼的行为越同步。它们的迂回战、攻击和撕咬的时间比我们认为的要长。

研究人员还确定,鱼之间的打斗是“精心设计”的。例如,在持续约80分钟的打斗中,每次行动之间似乎都有“商定好”的休息时间。即每隔5到10分钟打斗就会升级一次,斗鱼会锁住彼此的下颌,这种策略可以阻止对手呼吸,因此考验谁能坚持更长的时间。然后,它们分开呼吸少顷,车轮战继续。

图片来源:PLOS Genetics

研究人员发现,这种协同行为也发生在分子水平上。

经过20分钟的打斗,有五对鱼斗败而亡。研究人员比较了在打斗前后鱼大脑中哪些基因是开启的。60分钟后,他们对另外5组鱼进行同样的测试。

图片来源:PLOS Genetics

研究人员发现,在20分钟时,一些相同的基因,即启动其他基因的“中间早期基因”在每条鱼中都是活跃的。在60分钟时,又有数百个基因协同表达。特定基因开启的时间特定于每对鱼,这表明这对鱼的相互作用正在协调一连串的变化。Hofmann说:“这些鱼的同步程度非常惊人。”

图片来源:PLOS Genetics

Okada不知道这些基因做了什么,也不知道它们是如何影响打斗过程的。他认为,实力较弱的斗鱼需要评估对手的实力并在受伤前退出战斗,而基因可能在其中发挥作用。但Hofmann和Bell猜测这些基因对鱼在日后与其他鱼打斗会产生更大的影响。

去年,有两个研究团队在《Cell》上报道了互动的哺乳动物之间大脑活动是同步的。其中一个团队研究了蝙蝠在黑暗房间里飞行并避免碰撞,另一个团队测试了小鼠在小型竞技场中的优势。在两项研究中,动物间互动的时间越长,它们的大脑活动就越同步。

图片来源:Cell

其中一篇论文的作者、加州大学洛杉矶分校的神经科学家Weizhe Hong说,这项新研究为此类工作“增加了新维度”因为现在看来基因和神经活动是同步的。他们的发现无疑为未来的研究提出了许多令人兴奋的问题。

Bell说,我们在鱼类身上观察到的现象也可能适用于人类。例如,上世纪80年代的一项研究显示,长期生活在一起的夫妇,他们的面部特征会变得越来越相似,即我们常说的“夫妻相”。

↑黄渤夫妇

Okada说,这也可能是基因活动趋同的信号

论文链接:

https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1008831

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30682-8?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867419306828%3Fshowall%3Dtrue