人類有愛有恨,，有歡喜有厭惡,，兒童愛不釋手的玩具可能被成人不屑一顧,。然而,，這種喜好并不是人類的,，低等動(dòng)物同樣會(huì)有抉擇,。成語“飛蛾撲火”詮釋了昆蟲為求光明甚至不惜犧牲，然而,，昆蟲幼蟲恰恰喜歡茫茫黑暗卻往往不為人知,。



       近日，*生物物理研究所研究員劉力,、副研究員龔哲峰等初步揭示了果蠅幼蟲*腦的兩對(duì)神經(jīng)元足以調(diào)節(jié)果蠅幼蟲對(duì)于不同光強(qiáng)條件的偏好行為的研究成果,。這一成果日前在美國《科學(xué)》雜志在線發(fā)表。



       來自紐約大學(xué)的NinaVogt博士和Desplan博士對(duì)此給予了高度評(píng)價(jià),，認(rèn)為這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)“增進(jìn)了人們對(duì)動(dòng)物大腦解析視覺的理解”,，同時(shí)也使人們“向全面理解環(huán)境和內(nèi)在生理因素影響本能行為的神經(jīng)基礎(chǔ)邁進(jìn)了一步”。 



        成功,，些許“運(yùn)氣”



      “這篇文章得以發(fā)表,，我們運(yùn)氣不錯(cuò)。”龔哲峰這樣強(qiáng)調(diào),。



      “運(yùn)氣”是從確定課題方向開始的,。在國外時(shí),，龔哲峰就常常會(huì)想起一個(gè)有意思的現(xiàn)象：當(dāng)很多人經(jīng)歷匆匆歲月，偶然邂逅少年時(shí)代的初戀情人時(shí),，卻發(fā)現(xiàn)*找不到之前的感覺,。而這種變化的神經(jīng)基礎(chǔ)卻并未被人所知。



       然而,，它雖然是有趣的課題,，但人腦的復(fù)雜性使這樣的研究很難簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)。一次意外發(fā)現(xiàn)卻給了龔哲峰啟示：果蠅的幼蟲伴隨著自身的發(fā)育,，會(huì)從年幼時(shí)喜歡黑暗變得逐漸熱愛光線充足的地方,。 



       這不正是與人類的偏好性類似的生物模型嗎？龔哲峰深入思考后,，毅然確定了自己回國后的研究方向,。 



        龔哲峰回到中科院生物物理所工作后，該項(xiàng)研究得到了課題組組長(zhǎng)劉力的強(qiáng)力支持,。于是龔哲峰著手訂購了1000余個(gè)缺陷品系果蠅,，希望能發(fā)現(xiàn)不怕光的果蠅幼蟲，獲得實(shí)驗(yàn)材料,。



       訂購來的果蠅要獲得缺陷表型,，必須經(jīng)過進(jìn)一步雜交，龔哲峰和合作者開始了上千次顯微鏡下的雜交,、繁殖,，上萬次的篩選。在每天工作14小時(shí)以上,、不間斷雜交篩選大半年后,，終于發(fā)現(xiàn)了不怕光的品系。 



      “我們運(yùn)氣不錯(cuò),。本以為果蠅失去避光性就是成功,，可就在篩選工作進(jìn)行了一年多、即將結(jié)束的時(shí)候,，我們居然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)品系的果蠅幼蟲喜歡光,。”龔哲峰興奮地說。



       這個(gè)發(fā)現(xiàn)讓該品系的果蠅頓時(shí)成了“寶貝”,。NP394神經(jīng)元的失活,，并不僅僅使得該品系的果蠅幼蟲從“懼怕光”變得對(duì)光“無所謂”，而是180度的大轉(zhuǎn)彎,，直接“愛上光”了,。



        接著，課題組研究人員證明了NP394神經(jīng)元控制著果蠅避光/趨光的“開關(guān)”：抑制該神經(jīng)元,，即使年幼的幼蟲也會(huì)變得“喜歡光”,；激活該神經(jīng)元,，則年長(zhǎng)的幼蟲同樣將變得“害怕光”。



        “我們通過分段表達(dá)綠色熒光蛋白,，*次在果蠅中成功檢測(cè)到了該技術(shù)的應(yīng)用,，證明了PDF神經(jīng)元和NP394神經(jīng)元的上下游關(guān)系。”龔哲峰指出,。 



       要證明兩個(gè)神經(jīng)元之間的關(guān)系,，首先要確定它們的突觸距離是否足夠近。而在果蠅不同的神經(jīng)元中分段表達(dá)綠色熒光蛋白成了瓶頸,。此時(shí),，國外的研究也報(bào)道在果蠅中應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)，和龔哲峰的體系頗有相似之處,。



      “他們沒有得到陽性結(jié)果,，我們得到了。”龔哲峰平靜地說,。



       通過改造實(shí)驗(yàn)器材,，他們?cè)趪鴥?nèi)實(shí)現(xiàn)果蠅中功能鈣成像技術(shù)的成功應(yīng)用，佐證了兩對(duì)神經(jīng)元的上下游關(guān)系,。憑借著四年多的“運(yùn)氣”,，劉力、龔哲峰等zui終發(fā)現(xiàn)并提出NP394神經(jīng)元的開關(guān)作用,，并將偏好行為神經(jīng)元回路從*級(jí)延伸到第三級(jí)神經(jīng)元,，得到了同行的認(rèn)可和高度評(píng)價(jià)。 



       “可能運(yùn)氣好吧,。”回顧四年多來的艱辛付出，龔哲峰付之一笑,，“這些結(jié)果還不足以闡述人類的喜好變化,。不過，只要繼續(xù)堅(jiān)持做下去,，它終會(huì)給我們帶來驚喜,。”



      果蠅，又見果蠅 



       人們可能沒有想到,，嗡嗡作響,、令人生厭的果蠅于20世紀(jì)初被遺傳學(xué)大師摩爾帶入實(shí)驗(yàn)室后，竟已成就了7位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者,。



       在中國,，以果蠅為研究工具，神經(jīng)生物學(xué)家們同樣取得了令人關(guān)注的成果,。 



       被人稱為“果蠅院士”的中科院院士郭愛克,，是劉力和龔哲峰學(xué)生時(shí)代的共同導(dǎo)師,。作為新中國*位留德博士，郭愛克近年來已經(jīng)連續(xù)3次在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章,。



       2001年,，郭愛克研究小組發(fā)現(xiàn)了果蠅具有簡(jiǎn)單抉擇能力，并且“蘑菇體”參與其中,；2005年,，該小組繼續(xù)深入“兩難抉擇”研究，發(fā)現(xiàn)了果蠅跨視覺和嗅覺記憶的“共贏機(jī)制”,；2007年,，他們則聚焦于面臨沖突環(huán)境時(shí)果蠅價(jià)值抉擇的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制。



       名師出高徒,。劉力也曾兩次在英國《自然》雜志發(fā)表文章,。2006年，他在中科院生物物理所的研究小組從基因,、細(xì)胞,、腦結(jié)構(gòu)以及行為等多個(gè)層面，*次定位了果蠅視覺學(xué)習(xí)記憶的腦功能區(qū)——扇形體,。 



       這些喜歡環(huán)繞著*水果飛行的小家伙,，為什么會(huì)被生命科學(xué)家寵愛，并且占據(jù)生命科學(xué)研究舞臺(tái)百年之久呢,？



       “果蠅是人類窺見自己復(fù)雜神經(jīng)的一扇窗口,。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，繁殖快速,，易于改造,，非常適宜做神經(jīng)生物學(xué)的研究模型。”面對(duì)記者的疑問,，龔哲峰道出了果蠅的妙處,。



       果蠅容易飼養(yǎng)，平均一年30代的繁殖速度,，使科學(xué)家們能夠在較短的時(shí)間內(nèi)培養(yǎng)出大量的特定種系,。隨著2000年果蠅基因組的測(cè)序完成，研究者更是可以準(zhǔn)確,、迅速地對(duì)其進(jìn)行改造,。



       此外，小小果蠅的神經(jīng)系統(tǒng)和人類也頗具相似之處,，在人類的大腦中,，活躍著大約1000億個(gè)神經(jīng)元，而果蠅只相當(dāng)于人類的萬分之一,。因此,，果蠅也已成為研究神經(jīng)結(jié)構(gòu)和定位記憶方面的生物模型,。 



      物體進(jìn)入人們的眼中，大腦會(huì)對(duì)圖像分類后加以儲(chǔ)存,，從而構(gòu)建出思維與情感,，或者發(fā)出指令。那么,，果蠅眼睛中的刺激傳到腦中,，又是如何學(xué)習(xí)和記憶的呢？



在劉力的實(shí)驗(yàn)室里,，記者見到了一套為果蠅量身打造的“飛行裝置”,。該裝置可以呈現(xiàn)出不同的視覺圖案——正T和倒T字母，主要作用是教導(dǎo)果蠅“學(xué)習(xí)”,。



果蠅在明亮的圓筒形空間向眼前的視覺目標(biāo)飛去,，如果它總是飛向倒T字母，電腦就會(huì)立即發(fā)出指令,，燙它的屁股,。慢慢地，果蠅學(xué)會(huì)了“吃一塹,，長(zhǎng)一智”,，認(rèn)識(shí)到倒T字母是危險(xiǎn)的，而自覺地轉(zhuǎn)向正T字母,。



通過這套設(shè)備,，就可以模擬出果蠅的學(xué)習(xí)過程，建立視覺,、神經(jīng)和行為之間的動(dòng)態(tài)神經(jīng)回路,。



“總之，上述研究成果的獲得,，小家伙們功不可沒,。果蠅和人類大腦在基本功能上有著相似性，探究果蠅視覺行為的深入機(jī)理,，對(duì)我們自己大腦的解讀頗有啟示。”龔哲峰說,。