忙碌的蜜蜂的大脑可以告诉我们有关人类进化的什么信息

如果人类想更多地了解我们大脑的高级功能和行为，一些科学家认为我们应该研究昆虫——包括从忙碌的蜜蜂到社交蝴蝶再到墙上的苍蝇等所有动物。5 月 5 日发表在《科学进展》杂志上的一项研究发现，蜜蜂大脑中有三种不同的、专门的肯扬细胞亚型，它们可能是从一个单一的、多功能的肯扬细胞亚型祖先进化而来的。

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肯扬细胞 (KC) 是一种神经细胞，存在于昆虫大脑的一部分内。这些细胞参与学习和记忆，尤其是与嗅觉有关的蘑菇体。它们存在于大型膜翅目昆虫中，从更“原始”的锯蝇到更复杂的蜜蜂。

“2017 年，我们报告称，随着膜翅目昆虫行为的多样化，昆虫大脑蘑菇体中肯扬细胞亚型的复杂性也随之增加，”共同作者、东京大学研究生在一份声明中表示。“换句话说，昆虫的 KC 亚型越多，其大脑和可能表现出的行为就越复杂。但我们不知道这些不同的亚型是如何进化的。这正是这项新研究的动机。”

在这项研究中，东京大学和日本国家农业和食品研究组织 (NARO) 的研究团队研究了两种膜翅目昆虫，它们代表了不同的行为。较为孤独的萝卜锯蝇只有一种 KC 亚型，而更为复杂和更具社会性的蜜蜂则有三种 KC 亚型。

人们认为，锯蝇更“原始”的大脑可能包含蜜蜂大脑的一些祖先特性。为了找到这些潜在的进化路径，该团队使用转录组分析来识别各种 KC 亚型中发生的基因活动并推测它们的功能。

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“我很惊讶，蜜蜂的三种 KC 亚型都与锯蝇的单一 KC 类型表现出相当的相似性，”合著者、东京大学生物学家 Hiroki Kohno 在一份声明中说。“根据我们对几个基因的初步比较分析，我们之前曾假设额外的 KC 亚型是一个接一个地添加的。然而，它们似乎是通过功能分离和专业化与多功能祖先类型分离出来的。”

随着 KC 亚型数量的增加，每个亚型几乎都从单个祖先 KC 继承了一些独特的特性。然后，这些亚型以不同的方式进行修改，结果就是在当今昆虫中看到了更加多样化的功能。

为了通过具体的行为示例来了解祖先的 KC 功能如何同时存在于蜜蜂和锯蝇中，他们训练锯蝇参与蜜蜂常用的行为测试。蜜蜂，以及最终的锯蝇，学会了将气味刺激与奖励联系起来。尽管最初面临挑战，但团队还是让锯蝇参与了这项任务。

随后，研究小组在锯蝇幼虫中操纵了一种名为 CaMKII 的基因。在蜜蜂中，这种基因与形成长期记忆有关，这是 KC 的功能。经过基因操纵后，幼虫成年后，长期记忆受损，这表明该基因在锯蝇中也发挥着类似的作用。CaMKII 在锯蝇的整个单个 KC 亚型中表达，但在蜜蜂中则优先在一种 KC 亚型中表达。据作者称，这表明 CaMKII 在长期记忆中的作用被传递给了蜜蜂中的特定 KC 亚型。

尽管昆虫和哺乳动物的大脑在大小和复杂性方面有很大差异，但我们的神经系统具有一些共同的功能和结构。通过观察昆虫细胞和行为的进化方式，或许可以深入了解我们自己的大脑是如何进化的。接下来，该团队有兴趣研究与社会行为同时获得的 KC 类型，例如蜜蜂臭名昭著的“摇摆舞”。

“我们想澄清这里提出的模型是否适用于其他行为的进化，”合著者、东京大学博士生 Takayoshi Kuwabara 在一份声明中说。“无论是在昆虫、动物还是人类中，控制社会行为的神经基础都有很多未解之谜。它是如何进化的仍然在很大程度上是未知的。我相信这项研究是该领域的一项开创性工作。”