摄取营养,为爱鼓掌。
撰文 " 栗子
审校 | Clefable
情人节又到了。餐馆里的人类大多两两结对,一边享受食物,一边诉说爱意。一顿饭的光景,大概足够为晚间的活动做好铺垫了。
但要是换成其他动物,想同时做两个任务没那么容易。觅食则难以求偶,求偶则难以觅食。既然如此,总要有个选择。而科学家们一直很想知道,动物在“食”与“色”之间,到底是怎样做出决策的。
最近,加利福尼亚大学圣迭戈分校(UCSD)的王竞教授和同事们,终于在果蝇身上找到了答案,并把研究发表在《自然》杂志。他们发现在饥饿状态下,吃才是第一优先级;而吃饱后雄果蝇会迅速进入求偶模式,就像按下了某个开关。
重要的是,这个“开关”居然不在果蝇大脑里,而在消化道里。
“饱暖思淫欲”
从前的科学家们并不了解,进食与求爱之间,究竟有怎样的生理学联系。
这一次,研究团队用黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)来做实验。这些果蝇在实验之前,不论雌雄都没有过性经验。其中一部分雄果蝇,被科学家饿了24小时,另一部分雄果蝇照常喂食:它们主要吃酵母菌,一种富含蛋白质的食物。
一雄一雌独处30分钟,环境里有酵母菌可食用,为的是观察饥饿的雄性在进食和求偶中如何选择(图片来源:原论文)
研究团队让饿了一天的雄果蝇和一只雌果蝇,在含有酵母菌(食物)的环境里独处30分钟,雄果蝇无一例外都会先去用餐。有的吃几分钟,有的吃十几分钟,但吃饱后全部投入了热烈的求爱事业。
而当照常喂食的雄果蝇和雌果蝇独处一室,雄果蝇便不太需要用餐了。有些雄果蝇甚至一口都不吃,直接进入求爱模式。一部分幸运的雄性成功吸引了雌性,到达交配阶段;余下选手则继续努力示爱,直到30分钟的独处时间结束。
蓝为进食,黄为求偶,黑为交配;在酵母菌环境里与雌性独处,饿过24小时的雄性先进食后求偶,未在饥饿状态下生存的雄性,几乎都是直接选择求偶(图片来源:原论文)
也就是说,实验过程中并没有哪只雄果蝇,在饥饿时向雌性示爱;也没有哪只雄果蝇,在求爱模式启动之后又停下取食。仿佛只要“开关”扳过去了,一段时间内都不会再扳回来。
要问扳动“开关”的究竟是谁,把雄果蝇的食谱变一变就知道了。
当酵母菌这种高蛋白食物,被换成蔗糖,饥饿的雄果蝇30分钟内主要活动是进食,几乎没有利用独处的机会向雌性展示自己。那么,命令雄果蝇找对象的可能不是糖。
当食谱中的酵母菌改为氨基酸,饥饿的雄果蝇在用餐一段时间后,就像吃了酵母那样,义无反顾地进入求偶环节。也就是说,吃氨基酸或高蛋白的食物,都能触发雄果蝇的求爱活动。而蛋白质是由氨基酸组成的,所以科学家相信,扳动“求爱开关”的物质就是氨基酸了。
那么,被扳动的“求爱开关”又是什么呢?
提升求爱的优先级
那是一种利尿激素,名叫Dh31,果蝇身体里的许多部位都有它。Dh31能在细胞和细胞之间传递信息,是一种信号分子。不仅果蝇脑部的神经元能生产这种激素,消化道里的肠内分泌细胞也能生产这种激素。
团队发现,当饥饿的果蝇吃了高蛋白食物,Dh31激素的含量便会升高。科学家认为,是食物中的氨基酸激活了肠道里那些生产Dh31的细胞。这样,更多的Dh31便能顺着循环系统去到脑部。
而在果蝇的头脑里,有一些特定的神经元在生产Dh31的受体,正等着接应Dh31。科学家相信,当Dh31与受体相遇,它就能把信息传递给受体所在的神经元,让这些神经元去执行各自的任务,帮助果蝇暂停用餐、奔向爱情。
假如Dh31真有这样的作用,那么只要敲掉让肠内分泌细胞生产制造Dh31的基因,雄果蝇就算吃饱也不会去求爱。科学家就是这样修改了雄果蝇的基因,结果不出所料,阻止了雄性对雌性的追求。
当正常的雄果蝇努力挥洒着自己的爱意,那些被敲了基因的雄果蝇还在继续取食。这也证实了,Dh31激素就是那个“求爱开关”。一旦开关被破坏,哪怕吃进再多的氨基酸,也没办法再扳动开关。
那么问题来了,接应Dh31的神经细胞究竟执行了什么任务,为什么能在几分钟内,把求偶活动的优先级提到最前面?
科学家发现,果蝇脑中有两组神经元都在生产Dh31受体,它们都能与消化道里生产的Dh31激素相结合。但这两组神经元执行的任务不同,兵分两路:
其中一组,是通过名叫allatostatin-C的神经肽来抑制进食,这种物质与抑制生长有关,很像人体里的生长抑素。另一组,则通过名叫corazonin的神经肽来促进求爱,这也是昆虫体内常见的神经肽,曾经还有科学家用它来诱导昆虫幼虫早熟。
这些复杂的脑活动,都是由Dh31激素这一种分子激发出来的。领导这项研究的王竞教授感叹说:“我们目睹了果蝇从进食到求偶的转变,一种分子能对动物的行为决策,产生如此重大的影响,太让人惊讶了。”
这项研究还没有涉及人类的行为。但如果你今天吃过晚饭之后,感觉时候到了,也请努力创造奇迹,吧。
不过,你有对象吗?
原论文:
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04408-7
参考链接:
https://www.eurekalert.org/news-releases/942822
https://www.cbc.ca/radio/quirks/fly-feeding-leads-to-courtship-1.6348156
https://www.pnas.org/content/101/17/6704