• 一个健康的身体,需要时时的保养注意,学习外国人科学的健康生活方式,营养补充疗法。看看美国人、日本人、英国人、法国人是怎么进行健康养生的。
  • 如果您觉得本站对您有帮助,那么赶紧使用Ctrl+D 收藏89养生网吧!
  • 人人知道一个人人都知道的常识性问答网站

神经系统结构和神经线路进化的重要性

健康 89xy 2个月前 (11-23) 21次浏览

本周在线版《美国国家科学院院刊》上的一项新研究显示,在一个令人惊讶的位置,即苍蝇体壁上的一个单一神经连接处,生物多样性达到了令人难以置信的程度。这一发现为神经系统结构的重要性和神经线路的进化开辟了一系列新的有趣问题。

威斯康星大学麦迪逊分校的斯廷伯克生物科学教授、遗传学家巴里·加内茨基宣称:

“我们对神经系统的进化几乎一无所知,尽管我们知道它必须发生——行为改变,复杂性改变,新神经元的增加,不同突触连接的形成。”

鉴于Ganetzky和他的研究生Megan Campbell在一个科学家非常熟悉的位置发现了意想不到的多样性,即神经肌肉接头4 (NMJ4),一个运动神经元与苍蝇体壁上的特定肌肉接触以驱动其活动的位置,这一发现更加令人震惊。神经元与它们的神经元或肌肉目标相连的突触具有复杂的结构形式,看起来像装饰有小灯泡的微型树,小灯泡是神经末梢(突触束)。

Ganetzky解释说:

“突触是神经系统重要的信息传递和整合功能发生的地方。这是信息处理发生的基本场所,人们普遍认为突触的结构是理解其功能的关键。”

每块肌肉都是由不同的运动神经元提供的,这些运动神经元形成一个NMJ,其形状、大小和几何特征都适合特定的NMJ。鉴于苍蝇解剖结构的一致性,即使跨越不同的物种,研究人员也能在不同的苍蝇个体中识别出完全相同的突触。NMJ4的突触发育和功能已经得到了很好的研究,Ganetzky使用NMJ4已经超过20年,以鉴定具有从运动障碍到神经退行性变的许多生物学作用的基因。

最新的项目源于对实验室培育的果蝇及其野生对应物什么是真正“正常”的简单辩论。坎贝尔在对普通实验室果蝇的NMJ4进行检查时发现,实验室饲养的果蝇和野生果蝇之间,以及在威斯康星州麦迪逊获得的菌株和远至津巴布韦的菌株之间的突触形态是一致的,所有的苍蝇都有相似的树状结构。

受到这一发现的鼓舞,他们决定进一步调查。Ganetzky说:“果蝇是一个非常丰富的属——成千上万种具有不同行为、不同食物偏好、不同环境、不同气候、不同大小的物种——有超过5000万年的差异。”可以比作老鼠和人类的进化分离。

他补充说,尽管存在这些差异,但所有已知果蝇物种的幼虫身体计划是完全相同的,无论它们的大小、栖息地或食物来源如何,他指出:

"细胞对细胞,体壁肌肉组织和神经支配模式是相同的."

在UW-麦迪森进化生物学家肖恩·卡罗尔的果蝇收集的帮助下,他们开始在其他果蝇物种中研究NMJ4。当他们聚焦于来自世界各地的21种不同果蝇的目标突触时,他们希望找到一些具有小变化的可预测模式,然而,在只研究了几个物种后,坎贝尔说出现了不同的情况。

类似于果蝇,每个物种都有一个特有的NMJ4外观,但这种外观在不同物种之间有很大差异。虽然NMJ4在一些物种中由一些以简单的无分支方式排列的花柱组成,但其他物种有许多分布在几个长枝上的花柱,或者许多花柱聚集成密集的、紧密聚集的树枝。

尽管Ganetzky宣称:“结果绝对令人震惊——变化远远超出了我们的预期,”但还是有更多的惊喜。

复杂性的显著变化与物种之间的进化关系并不一致,也就是说,与亲缘关系较远的苍蝇相比,亲缘关系较近的物种的非转基因生物看起来并不相似。

他们甚至发现了相隔不到一百万年进化的物种之间的明显差异,这些物种看起来如此相似,以至于即使是飞行专家也很难根据外观来区分它们。据研究人员称,如此快速的进化令人震惊,尽管其生物学重要性仍不清楚。

对于如何解释这种异常变异的问题,一个答案可能是基因漂移的可能性,这是一种随机积累的基因变异,改变了NMJ的外观,但对生物体没有影响。基本上,任何符合目的的NMJ都可以。另一种选择是,每一个NMJ都是由自然选择形成的,因为它的特殊大小和结构以某种方式增加了该物种成员的生存或繁殖成功。

在UW-麦迪森遗传学家同事布雷特·佩瑟尔和贝丝·杜蒙的帮助下,研究人员使用一个定量模型来检查不同的NMJ结构,作为11个物种之间进化联系的函数,它们的进化树是通过基因组测序准确知道的。

Ganetzky说,结果表明他们观察到的可变性似乎不是随机的,他说:

“这表明有某种驱动力——自然选择——正在以一种特殊的方式塑造突触。”

他们假设神经功能将是选择和测量电路中电活动的明显目标,但发现来自四个物种的活动记录代表了结构复杂性的范围,揭示了相同的基本神经工作,而不管突触结构如何。

据研究人员称,不同的NMJ结构之间可能存在细微的功能差异,这种差异在他们的分析中未被发现,但可能会分化为明显的生物差异。例如,学习能力或压力反应是自然选择的目标。

Ganetzky评论:

“我们相信这种变化有一定的原因,但我们还不知道原因是什么。”

坎贝尔和Ganetzky目前正在探索研究是否存在潜在的遗传和分子机制,以及这种自然发生的变异的生物学重要性。

Ganetzky总结道:

“我们认为我们对自然有了一个重要的发现,我们认为它打开了各种新的大门。在这一点上,我们提出的问题比我们回答的要多得多……关于神经系统进化、行为进化、神经元和突触形态和功能之间关系的问题。我希望这能引起许多其他领域科学家的兴趣,让他们应用自己的专业领域。”

作者:佩特拉·拉图


89养生网, 版权所有丨如未注明 , 均为原创丨本网站采用BY-NC-SA协议进行授权
转载请注明原文链接:神经系统结构和神经线路进化的重要性
喜欢 (0)