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作者:admin发布时间:2019-04-30 02:44

  为什么有些动物会“认定”一个伴侣,并且这种行为出现在鱼类、鸟类等许多差异巨大的物种当中?一项新研究发现,单配偶制的物种具备共同的基因活动规律,这意味着它们能更好地识别伴侣、后代,并能够从共同生活中得到来自大脑的积极反馈。

  很多时候,两个演化上亲缘关系相近、普通人根本分不清的物种可能具备完全不同的行为模式。例如在繁殖方面,有些物种实行单配偶制(monogamy),它的近亲却可能过着不羁放纵爱自由的生活。

  那么,当物种出现分化,形成一个新的单配偶制物种的时候,它们的大脑中发生了什么?

  最近发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)的一篇文章尝试回答了这个问题。这个跨国合作团队分析了蛙类、啮齿类、鸟类和鱼类中 10 个不同物种大脑中的基因活动,发现了单配偶制物种中相似的基因活动模式,并识别出 24 个与单配偶制行为关系密切的基因。

  在本次研究中,单配偶制被定义为社会化一夫一妻行为(social monogamy),即配偶结合时间超过一个繁殖季,并伴有不同程度的合作抚育后代和保卫领地行为。这种行为模式在演化上多次独立出现。

  研究人员选择了 5 类脊椎动物中的 5 个单配偶制物种,并找到另外 5 个和它们和亲缘关系很近、生活环境相似却不实行单配偶制的物种,以进行对比。它们分别是:

  每组物种中前者为单配偶制,后者为多配偶制。对于每组物种,他们没有直接对比不同物种的整个基因组,而是选择观察繁殖期雄性大脑中的基因表达情况,即脑细胞将 DNA 中的哪些蛋白质编码转录成 RNA。

  研究中的两种箭毒蛙,左侧为非单配偶制的草莓箭毒蛙,右侧为单配偶制的网纹箭毒蛙。 图片来源:Yusan Yan and James Tumulty

  收集这样的数据需要一个国际化团队多年的努力。为了获得生活在罗马尼亚的两种鸣禽,研究团队和当地管理机构进行了无数次交涉,经历了数不清的审批程序。而论文资深作者之一、得克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的神经科学家汉斯·霍夫曼(Hans Hofmann)回忆,为了获取慈鲷的大脑,他们来到非洲的坦噶尼喀湖(Lake Tanganyika),背着设备潜入水中捕鱼,然后还要在摇摇晃晃的船上从手指头大小的鱼身上分离出大脑。

  论文第一作者、演化生物学家丽贝卡·杨(Rebecca Young)介绍:“我们的研究在演化上能够追溯到 4.5 亿年前,那时候研究中所有的物种具有共同的祖先。”也就是说,脊椎动物通过同样的方式产生了单配偶制,这种变化在过去的 4.5 亿年中至少发生过 5 次。

  借助 RNA 测序和超级计算机数据处理,研究人员发现一些基因在单配偶制物种中更加活跃,它们和神经发育、细胞间信号传输、学习和记忆有关。他们猜测这些基因增强了大脑的适应性和记忆能力,让动物能够识别自己的配偶、后代或居住环境,并且在成功识别时启动奖励机制。也就是说,这些动物或许能够从共同生活中得到来自大脑的积极反馈,“家人”的出现令它们感到愉悦。

  相应地,另一些基因在单配偶制物种中减少了表达,不过这里有一个例外:其中一些基因在网纹箭毒蛙身上活跃程度反而增加了。杨指出这和它独特的演化历史有关:这个物种曾经都是“单身爸爸”,由雄性照顾后代,直到后来才演化出共同抚育行为。因此从演化的角度而言,它们有着和研究所涉及的其他物种不同的历史。

  图中展示了研究中的物种发生分化的时间,数字单位为百万年(MYA)。颜色反映了与非单配偶制的近亲相比,单配偶制动物雄性大脑中 24 种基因的活跃程度。红色表示更加活跃,蓝色表示更不活跃。 图片来源:University of Texas at Austin

  当然,单配偶制是一种复杂的行为模式。杨指出,研究只识别出了与单配偶制关系最为密切的 24 个基因,而与之有关的基因总数可能有几百个。

  单配偶制能带来一些额外的好处,例如当潜在配偶数量稀少或分布较分散时,结成伴侣能够保证个体把繁殖机会牢牢握在手里。但额外的收益总是伴随着额外的风险。论文资深作者之一霍夫曼告诉《卫报》(the Guardian):“要在一段较长的时间内容忍另一个个体的存在,这并不容易。对方可能会抢走你的食物、你的住所,可能把病菌传染给你,还有可能伤害你。”

  亲代抚育也是一个负担。“下一代就是寄生虫,他们可能会吃掉你,会占领你的资源,并且让捕食者更容易发现你,你的生活因此变得更加危险”,霍夫曼说。

  霍夫曼指出,针对这些问题,演化给出了相当漂亮的解决方案:“当我们进入一段伴侣关系,或者拥有了必须照顾的后代,我们会感到这是有回报的。我们的奖赏系统被‘劫持’了,它告诉你,‘嘿,这还不错啊’。”

  这项研究的结论能否推广到人类身上?或者说,人类会不会具备和这些单配偶制的动物相似的基因活动特征呢?

  霍夫曼说:“我们不知道,但我们当然可以推测,这样的基因表达模式也可能出现在人类身上。”

  而杨提醒大家,单配偶制不等于忠诚。许多符合社会化一夫一妻行为定义的动物都有出轨行为。人类通常被认为是一夫一妻制的,但这种制度在很大程度上受到社会和文化的塑造,它不适用于研究中对单配偶制的操作性定义。

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  标签:箭毒蛙 社会化 脊椎动物 爱自由 social 基因表达 基因组 公众号 蛋白质 神经科学