Juni 10, 2016
Hanfruktflugor har en parningskörning, och dess uppgång och fall styrs av dopaminnivåer i ett område av hjärnan, har ett team av Harvard Medical School neurobiologer konstaterat.
Upptäckten ger insikt i karaktären av motivation över arter, säger forskarna.
"Ingen av oss är verkligen intresserade av flugor eller deras sexuella beteende", säger Dragana Rogulja, biträdande professor i neurobiologi vid Harvard Medical School och medförfattare till studien. "Vi försöker förstå hur djur fattar och utför beslut för att utföra eller inte utföra ett beteende."
Rapporterade juni 9 år Neuron, avslöjar resultaten mer om hur en förändring i ett djurs inre tillstånd kan tvinga det att sluta göra något som det tidigare var motiverat att göra, som hur en person tenderar att sluta äta när hjärnan indikerar att magen är full även om aptitretande mat förblir på bordet.
"Våra hjärnor dras ständigt i många olika riktningar", säger Michael Crickmore, HMS-biträdande professor i neurologi vid FM Kirby Neurobiology Center vid Boston Children's Hospital och medförfattare till studien. ”Av allt du kan göra, hur väljer du det beteende som är mest angeläget och lämpligt för förhållandena i dig och i den yttre världen?
"Tidigare i min karriär verkade det som ett önsketänkande att vi skulle få en verklig mekanistisk förståelse för hur detta fungerar," sa Crickmore. ”Ändå ser vi redan molnen börja försvinna. Vi hittar några grundläggande principer för hjärnkretsar som vi tror sannolikt kommer att bevaras i stort. För mig är det verkligen spännande. ”
För mycket av det goda
Studiens första författare, Stephen Zhang, en Quan-predoktor i Rogulja-laboratoriet som samordnats av Crickmore, började med att observera att manliga fruktflugor placerade i flaskor med 25 kvinnliga flugor tappade intresset efter tre till fyra parningar.
Vad förändrades? Experiment visade att flugorna inte blev trötta och inte heller letade efter en ny uppsättning tikar.
Zhang fann att reproduktionsvätskan i flugornas utlösningslökar - ”den del som evolutionen bryr sig om” - blev utarmad med varje kopulation. Men att ta bort manliga flugors reproduktionsorgan påverkade inte deras parningsdrift alls.
Zhang lät sedan en grupp män para sig normalt men stoppade en andra grupp mitt i coitus innan de överförde reproduktionsvätska till kvinnorna. Trots att den andra gruppens utlösningslökar förblev fulla upplevde båda grupperna en minskning av parningskörningen.
"Det berättade för oss att det skickas en signal i början av parningen som instruerar hjärnan att nedreglera parningskörning och som kan fungera som en fullmakt för mängden vätska kvar", sa Rogulja.
Efter att ha gjort tusentals tester fann teamet att denna nedreglering orsakades av förändringar i aktiviteten hos specifika dopamin-producerande neuroner.
Punkt för konvergens
Fruktflugor var ett attraktivt modellsystem eftersom deras små hjärnor bara har cirka 135,000 85 nervceller, jämfört med den mänskliga hjärnans 3,000 miljarder. Forskarna valde att studera parningskörning delvis eftersom det är ett sexuellt dimorfiskt beteende hos flugor, vilket innebar att laget kunde begränsa sin sökning till de XNUMX neuroner som skiljer sig mellan män och kvinnor.
Av dem kunde Zhang bara hitta några dopaminproducerande nervceller vars aktivitet motsvarade flugornas parningsdrift. Teamet kunde exakt förutsäga hur många gånger en fluga hade parat sig baserat på hur upptagen eller svag dessa neuroner var.
"Du kunde se vilket mättnadsstadium flugan var i," sa Rogulja.
Forskarna fann att dopamin verkade på P1-neuroner, som är där sevärdheterna, ljuden, lukten och smaken av en kvinnlig fluga konvergerar. Det var känt att aktivering av P1-neuroner utlöste uppfattningsuppförande.
Teamet såg att om en manlig fluga släppte mycket dopamin på P1, beslutade det att domstol, men om dopaminutgången till P1 var låg, hade inga sensoriska ingångar från kvinnliga flugor kunde väcka intresse.
Det verkade som om höga dopaminnivåer i en mans hjärna tillät sensorisk information om en kvinna att aktivera P1-nervceller och initiera uppvaktning. Efter några parningar, dopaminnivåer föll, och samma sensoriska information kunde inte aktivera P1.
"Vi tror att vi får en glimt av ett allmänt sätt att slå ner motivationer", säger Crickmore. ”Om du försöker göra en man inte till en kvinna, kan du blockera förmågan att ta emot sensoriska signaler från kvinnan, men då kanske hanen inte kan berätta att det finns en annan flyga där alls eller kan förvirra den för en man. Du kan blockera motorfunktioner för att förhindra uppvaktning, men då kan hanen ha problem med att utföra andra beteenden. ”
Rogulja tillade: ”Du vill hellre ändra hur all den informationen förvandlas till målmedveten motoreffekt. På det sättet kan du ha parallella processer i hjärnan för olika beteenden. ”
Forskarna betonar att de snabbt kunde översätta sina resultat till en teori om hur motivation fungerar på en neurologisk nivå eftersom det redan var så mycket känt om dopamins effekter på beteende och vad som händer i P1.
"Det är inte bara att Stephen har kartlagt ett diagram som visar att dopaminerga nervceller talar direkt med uppvaktningsceller neuroner", säger Rogulja. "Det som är viktigt är att vi avslöjar en princip som sannolikt kommer att bevaras och som hjälper oss att förstå hur beteenden motiveras."
Utforska vidare: Forskning om fruktflugor kan avslöja vad som händer i kvinnliga hjärnor under fängelse och parning
Mer information: Dopaminergic Circuitry Underliggande parning Drive. Neuron, dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2016.05.020
Tidskriftsreferens: Neuron
Tillhandahålls av: Harvard Medical School
Läs mer på: http://phys.org/news/2016-06-fruit-sex-hints-animals-behaviors.html#jCp
;