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在絕大多數動物中是以繁殖為目的,意味著生的希望。性與死亡在通常意義上意味著生與死,是生命的一種交替和平衡。然而,在自然界的某些動物當中,性帶來的卻是死亡,因為它們一生中可能有且僅有一個交配時期,會在經歷了大量的交配之後死去。

《美國國家科學院院刊》在2013年報告了一種叫做褐袋鼩的哺乳動物奇特的交配行為。在發情期它們的交配行為十分活躍,兩個星期的發情期會頻繁交配,有時這個行為會持續14個小時。這種高強度的交配行為最終會導致雄性褐袋鼩皮毛脫落、面板感染潰爛、內出血甚至死亡,所謂“精盡鼩亡”。這種繁殖方式雖然顯得有些極端,但是也由於顯著提高自身繁殖力而被自然選擇保留了下來。與此不同的是,其他大多數動物採用的是較為溫和的交配方式與繁殖策略,因此並不會導致生命的終止。兩種繁殖策略,一種死而向生,一種生生不息。這種不同交配行為的選擇,儘管可以從進化的角度上進行理解,但目前為止我們對其背後的神經調控機制知之甚少。

Neuroscience Bulletin在 2020年第12期以封面文章發表了東南大學潘玉峰教授研究組題為“Sex and death: identification of feedback neuromodulation balancing reproduction and survival”的原創研究論文,該文以雄性果蠅的交配行為作為研究模型,對這種“自殺式交配”的行為進行了科學的探索。

以往研究證實,雄性果蠅的求偶與交配行為是一種本能行為,並受一個名叫fruitless (fru)關鍵基因的調控。野生型雄性果蠅在沒有任何社交經歷背景的情形下遇見雌性果蠅,可以快速且完整地表現出所有求偶的步驟,並最後與之進行交配。本研究利用轉基因果蠅,透過人為調控fru陽性神經元的神經活動以及基因表達,收穫了一些有意思的發現。

(1)人為的輕度啟用fru陽性神經元會誘導雄性果蠅(即使在沒有雌性果蠅的情況下)持續表現求偶行為,直至死亡(圖1);

圖1. 人為啟用fruitless神經元導致雄性果蠅持續求偶至死

(2)上述雄性果蠅可以進食,但是能量的補充並不能避免其死亡;

(3)上述雄性果蠅在持續求偶過程中興奮性神經遞質乙醯膽鹼合成酶的表達減少,抑制性神經遞質GABA轉運酶以及神經肽F(Neuropeptide, NPF)的表達升高。研究團隊推測這三個訊號是雄性果蠅過度交配行為對神經系統的反饋訊號,作用是用來抑制可能導致死亡的進一步交配。隨後的研究結果也證實這個推測,當在上述果蠅中,敲低這些基因的表達,雄性果蠅的生存時間發生了相應的改變(比如,敲低乙醯膽鹼合成酶時延長了上述雄性果蠅的生命)。

研究團隊進一步發現,當單隻野生型雄性果蠅同時面對10只雌性果蠅時,會在5個小時內與平均3-4只雌性果蠅交配,並在每次交配之後顯著降低其下一次的求偶行為;而NPF敲低的雄性果蠅平均與6-7只雌性果蠅交配,且在每次交配完成之後並沒有出現求偶行為的顯著降低(圖2)。

圖2. 雄性果蠅過度交配的神經反饋調節。A:果蠅交配行為模型,在每一個行為孔中有一隻雄性果蠅與十隻雌性果蠅。B:對照組果蠅(紅色)與神經調質訊號敲低的果蠅在5個小時內的交配情況。C:對照組雄性果蠅在每次交配後都會進一步降低其求偶行為,而NPF敲低的雄性果蠅在每次交配後並沒有降低其後續求偶行為。D:5個小時內平均交配次數統計。

研究團隊認為NPF扮演了一個抑制過度交配的神經訊號分子。有趣的是,以往的研究發現NPF是一個“獎賞”分子,其在交配後表達上升。同一個訊號分子,既作為交配的“獎賞”訊號,又作為抑制過度交配的“剎車”訊號,作為橋樑把性與死亡聯絡了起來,在一定程度上平衡了後代繁衍與自我生存。

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