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[科技] 果蝇肌肉的详细接线图揭示了意想不到的复杂性

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曾永双 发表于 2024-7-9 08:39:32 | 显示全部楼层
 
对果蝇的研讨揭露了复杂的活动神经调和,增强了我们对活动神经元功用的了解。
果蝇肌肉的具体接线图揭露了意想不到的复杂性 第1张图片


科学家们正在绘制果蝇控制肌肉的中枢神经系统的活动回路接线图。这张被称为毗连体的图,已经为控制腿和同党活动的神经之间的复杂调和供给了看法。
简单生物的复杂性
虽然果蝇看起来很简单,但研讨职员暗示,它们的活动系统包括“意想不到的复杂性”。
科学家们观察到:“一个典型的苍蝇活动神经元从数百个突触前活动神经元中接收数千个突触。这个数字与啮齿动物皮层锥体细胞的突触整合范围相当。”
果蝇肌肉的具体接线图揭露了意想不到的复杂性 第2张图片


活动调和的新研讨
颁发在科学杂志《自然》上的两篇新论文揭露了这一范畴的最新发现,促进了我们对动物中枢神经系统若何调和单个肌肉以促进各类行为的了解。
活动神经元的效力和顺应性
果蝇用腿停止很多活动,如腾跃、行走、梳理毛发、战役和求爱。它们还可以调剂自己的步态来顺应室内动物、墙壁、湿润的概况、天花板等地形,甚至是昆虫巨细的跑步机。
一切这些行动,从使苍蝇连结稳定位置的姿势反射,到穿越障碍物或改变飞翔偏向,都是由活动神经元发出的电信号引发的。这些信号经过活动神经元的线状投射来刺激肌肉。
研讨职员指出,苍蝇的六条腿只由60到70个活动神经元控制。他们指出,在身上,大约有600个活动神经元控制一只猫的小腿肌肉。只要29个活动神经元控制着果蝇同党的动力和操纵肌肉。相比之下,蜂鸟的胸肌由2000个活动神经元供给帮助。
虽然这类苍蝇的活动神经元很少,但它在空中和陆地上都表示得很出色。
果蝇肌肉的具体接线图揭露了意想不到的复杂性 第3张图片


预机电电路的布线逻辑
科学家们诠释说,活动单元是由单个活动神经元和它可以激起的肌肉纤维组成的。分歧的活动单元,以分歧的组合温柔序激活,合作实现无数的活动行为。
介入这两项研讨的科学家对前活动电路的布线逻辑很感爱好。他们想领会苍蝇的神经系统是若何调和活动单元来完成各类使命的。
具体的映照和突触架构
其中一项研讨利用自动化工具、机械进修、细胞范例正文和电子显微镜,来识别雌性果蝇腹侧神经索中的14600个神经元细胞体和约4500万个突触(信号传递毗连)。苍蝇的腹侧神经索类似于脊椎动物的脊髓。随后,科学家们利用深度进修技术,自动重建了全部雌性果蝇的神经元剖解结构及其毗连。
飞翔中的活动神经元和肌肉激活
研讨职员利用复杂的方式来绘制腿部和同党活动神经元所针对的肌肉。他们肯定了雌性成年神经索毗连组中的哪些活动神经元与前腿和同党的个体肌肉相连。从那边,他们建立了一个电路图谱,在腾飞和飞翔马达启动进程中调和苍蝇的腿和同党活动。
为了飞到空中,苍蝇的中腿伸出来腾跃,前腿曲折起来分开。这大致就像一架滑行的客机在分开空中后收起它的轮子,大概一只涉水的苍鹭在冲向天空时收起它颀长的腿,不让它们挡道。
科学家们还发现,成年果蝇的一些肌肉纤维是由几个活动神经元安排的。这也发生在果蝇和蝗虫的幼虫阶段。虽然一些哺乳动物在诞生时有多个神经纤维安排,但这些神经纤维凡是在成年后消失。
多种神经安排能够供给更大的灵活性,并诠释了为什么昆虫的手脚可以切确地操纵,虽然活动神经元如此之少。
来自果蝇毗连组学的功用和进化看法
科学家们还研讨了果蝇的同党活动系统,该系统大致有三个部分,按功用分组:为同党拍动供给动力,操纵昆虫,调剂同党活动。
对前活动神经元连通性的研讨,使研讨职员可以比力两种肢体的前活动回路的构造。果蝇的腿和同党都有分歧的进化和生物力学。
毗连体研讨的意义和未来偏向
毗连体使科学家可以提出关于神经回路若何运作的新理论,并揭穿一些毛病的看法。科学家们提到,比来科学界对果蝇毗连组的研讨已经发生了一切有肢动物中最早的突触级接线图之一。他们希望额外的毗连体可以让研讨职员比力个体之间的神经毗连。预期的雄性果蝇中枢神经索的重建,能够会说明两性之间的差别。
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