社交环境对果蝇本能行为的影响探究
我们生活在一个生物之间息息相关的地球村：许多动物通过社交互助以获得更为丰富的生存资源；也正是出于对生存资源的保护和占领，另一些动物选择独居来自给自足，仅仅在交配繁殖期间进行一些社交活动。社交环境对人类健康的影响也是人们一直以来所关心的：包括社交活动对寿命的影响，社交是否能辅助治愈一些如自闭症、抑郁症之类的精神疾病等。本次journal我们通过解读一系列关于社交环境对果蝇本能行为的影响方面的文章，来对这一宏观问题进行探讨。我们选取的本能行为分别为睡眠、打斗和求偶，这三个行为对果蝇的生存与繁衍至关重要。
睡眠一直以来都是人们津津乐道乐于探讨的话题。果蝇的睡眠对果蝇的健康和寿命乃至许多其他本能行为的发挥表现都有影响。果蝇作为一种遗传学工具完备的模式生物用来研究睡眠行为历史丰富，对于果蝇睡眠环路的机制探究也有迹可循。社交环境对于果蝇睡眠的影响主要分为活动中和活动后：活动中果蝇的睡眠是下降的；活动后的影响取决于社交活动的种类，一对一的互动中，打斗通过多巴胺和章鱼胺环路的作用使得雄蝇的睡眠上升，求偶行为后雌蝇和雄蝇的睡眠均下降，雌蝇主要是由于需要进行后续的产卵和进食行为，而雄蝇是出于睡眠和求偶行为的相互抑制作用。当然，发育早期的睡眠剥夺也会对雄蝇的求偶能力有一定的影响，这主要是通过影响VA1v的肾小球体积造成的。我们更为关注的群体社交环境对睡眠的影响则不太相同，在互动中果蝇的睡眠减少，在互动后果蝇的睡眠需求增多。这种影响在幼虫期的社交环境中就会产生作用。雌蝇在幼虫期处于更为丰富的社交环境中时，羽化后的成虫需要更多的睡眠，雄蝇不受影响。而在成虫期，不同的社交环境对雄蝇的睡眠需求影响更大，对雌蝇影响微弱，只有在30只雌蝇共同饲养9天时，睡眠需求的上升才会显现。雌蝇的变化不受嗅觉系统的影响，而与调节学习记忆的基因amn1相关。成蝇期的睡眠需求变化也受十七个长期记忆调节基因和两个短期记忆调节基因dunce 和rutabaga影响，尽管二者对cAMP水平的调节作用相反，但是都能使短期记忆能力丧失。基于此，有学者提出，响应于社交环境的睡眠需求量的变化是源自于社交活动带来的突触连接的变化，这一突触内稳态修剪假说。后续一系列免疫组化实验也证明了这一假说，即在社交活动丰富的环境中，果蝇脑中会产生更多的突触连接，睡眠过程中冗余的无用的连接会被修剪，从而使得果蝇保持低水平的突触连接数量，在下一次的清醒循环中保持可以继续形成新的突触连接的突触环路可塑性；而随着社交活动丰富的累积，突触修剪需求增大，对睡眠的需求量就会随之增大。对正常经历了12小时清醒期的果蝇进行接下来的睡眠剥夺，免疫染色实验结果显示，与正常进入睡眠修期的果蝇相比，睡眠剥夺的果蝇具有更大的轴突末端，更多的短棘和更长的树突长度，更多的树突分枝；从之前的学习记忆相关研究来看，短棘正是行为印迹的体现，而其他三种变化也提示了更多和更复杂的突触连接的形成，证实了睡眠过程中确实会对突触进行修剪。通过比较单只饲养的果蝇和群居饲养的果蝇的免疫染色结果来看也有类似的结论，群居饲养的果蝇会产生更为丰富的突触连接。睡眠修建假说可以追溯到1984年，一篇研究中报道丰富的社交环境会使得果蝇的蘑菇体神经纤维数量增多。此外，除了突触修建假说，睡眠过程对能量的恢复，对氧自由基的清除也有一些报道。总而言之，睡眠是一个果蝇对自身的修复和恢复的过程，在更为丰富的社交环境中生存的果蝇，接收更为丰富的外界信息，进行更为频繁的社交互动，自然也就需要更多的睡眠从而保障在下一次清醒期间的正常生存。
社交剥离对个体打斗水平的促进现象不仅发生在果蝇小鼠等模式生物中，在人类等灵长类动物中也有报道，那么这种社交剥离为什么会促进打斗呢？以模式生物果蝇为例，科学家首先发现了嗅觉系统相关的蛋白质表达与群居造成的打斗降低相关，随后又发现了cVA这种雄性特有的信息素浓度的增加既可以降低雄蝇打斗的驱动力，又可以促进群体中打斗行为的发生，对果蝇打斗起双向调节的作用。在这个过程中，神经调质dsk和tk等可能参与到社交经验调节打斗的神经环路。那么为什么果蝇在社交剥离后要有较高的打斗水平而不是较低的打斗水平呢？在小鼠中的研究认为社交剥离会让本身社会性的小鼠产生负面情绪或压力，而这种压力可能是导致打斗提升的原因之一。但在果蝇这种独居性动物中并不适用，独居时的高打斗有利于在有限的生命周期中尽快的和竞争者结束战斗，争取资源或配偶；而群居饲养后的低打斗则可能是群居期间表现出了较多打斗行为使果蝇“疲惫”或“厌倦”，而在测试阶段不会表现出那么高的打斗水平了。
动物通过整合来自外部环境和内部状态的信号来调节社会行为，个体背景输入（如交配状态 、荷尔蒙状态 、人口密度 和先前的经验 ）如何调节社会行为表现环境线索对社会行为的影响高度依赖于动物的生理状态，有关于外部社会线索如何与内部状态相结合已有作者进行了研究并认为：在激素信号传导的背景下，社会经验通过调节激素受体与其靶基因之间的相互作用来影响生殖行为。已有大量文献报道了哺乳动物的典型性行为由组织发育中的大脑并控制成人潜在神经回路的激活的性激素控制，而遗传性在调节哺乳动物生殖行为中起次要作用；人们一直认为果蝇等昆虫的求偶表现完全由遗传性别决定，但研究者发现：保幼激素信号途径与CaMPK-dCBP信号转导途径协同促进 FruM 的表达来激活雄果蝇的 Or47b 嗅觉回路。在这些发现的基础上，他们提出遗传性别在塑造典型的性别行为中起主导作用，而生殖激素调节果蝇行为展示的活力。社交经验对雌雄果蝇的方方面面都有影响，例如果蝇的求偶行为经常被描述为经典的先天行为曲目，但最近已经描述了广泛的可塑性。特别是，事先暴露于同种或异种雄性的声学信号可以改变两性的求偶特征，这些特征在生殖隔离中很重要。研究结果表明，雄性在求偶期间可以根据社会环境的变化调节求偶歌的产生，这可能反映了能够应对性内竞争变化的优势。依靠雄性果蝇在求偶情境中学习的知识，测试了这种学习是否会改善雄性求偶。发现，首先，与没有经验的雄性相比，有求偶经验的雄性和不善于接受的雌性开始对mated的雌性进行求偶的速度较慢，而且花在求偶这些雌性上的时间也更少。然而，有经验的雄性比没有经验的雄性更早地开始追求vrigin。其次，与mated雌蝇交配过的雄性相比，与vrigin雌性交配过的雄性更快地接近vrigin或mated的女性，并且追求vrigin的时间更长。这些结果表明，求偶经验允许雄性果蝇以一种可以提高交配成功率的方式改进它们的求偶行为。对于雌性来说，社会背景会影响生殖行为和后代遗传多样性；择偶是一个复杂的适应性影响过程，涉及遗传和社会。当观察到另一位雌性的择偶后，观察者雌性倾向于优先与同一雄性（“基于个体”的择偶）或具有相同表型的雄性（“基于特征”的择偶）交配，就会发生择偶。 作为演示期间选择的一个，配偶复制并不特定于雌性，因为最近在雄性果蝇中也有记录。复制他人的择偶方式是一种快速且可靠的策略，可以收集有关潜在配偶质量和吸引力的信息因素。越来越多的证据表明，非遗传因素，如经验 、母体效应 和社会学习（即从同类中学习）是择偶的主要决定因素 。
本次journal club的 slides 见附件pdf：
by 赵环