在研究果蝇的交配仪式时，科学家可能了解了大脑如何进化的一些知识

雄性果蝇有多种寻找配偶的技巧，从在黑暗中感知信息素到依靠光线中的视觉线索。现在，新的研究表明，这些微小的追求者正在利用模块化大脑电路的灵活网络来快速适应不同的交配信号。

研究，发表在自然，第一个描述了不同种类的果蝇如何将新的感觉输入（例如信息素）插入一组基本的大脑回路，而无需从头开始开发新的神经通路。这些发现为理解大脑线路如何改变以影响行为进化提供了一个更大的框架。

神经生理学和行为实验室负责人凡妮莎·鲁塔（Vanessa Ruta）说：“动物界的行为多样性是巨大的，但神经系统如何通过进化形成的潜在机制却很难解开。”

“在这里，我们发现了我们认为的一种关键神经机制，它使大脑回路能够灵活地跨物种重新连接。”

即插即用

行为进化的最大谜团之一是，随着物种的多样化，大脑回路如何跟上社会信号的快速变化，从而使个体能够找到理想的伴侣。例如，求爱行为的进化速度很快，因此很难想象每次新的信息素进入果蝇的系统时，果蝇的大脑都会彻底改造自己。

但直到现在，我们还无法确定进化在神经系统中发挥作用以改变行为的位置，因此使这种回路具有如此适应性的关键特征仍然是一个谜。鲁塔的团队转向果蝇，密切关注它们有着相似的大脑，但在交配仪式上依赖的线索却截然不同。

例如，D. simulans 主要依赖于寻找配偶，而 D. yakuba 进化出了一种新的能力，即使在完全黑暗的情况下也可以使用信息素寻找配偶。这些和其他变化提供了一个机会来研究相似的大脑如何检测和感知不同的社交线索。

“我们开始寻找大脑中可能具有灵活性的部分，”该研究的第一作者、鲁塔实验室的博士后研究员罗里·科尔曼说。 “我们正在寻找可能使电路具有内在适应性的功能，以及驱动行为多样化的潜在进化热点。”

在使用行为分析、遗传工具、神经成像和 CRISPR 基因组编辑比较了多个物种的信息素感应回路后，他们最终选出了雄性前腿中的神经元和高级大脑中的 P1 神经元是调节跨物种求爱的关键。

研究小组发现，雄性交配行为的基本神经构建模块（例如 P1 神经元）存在于各个物种中，但不同的感觉信号可以灵活地连接到该节点。这使得果蝇物种能够发展出不同的交配策略，而无需重新连接整个大脑。

例如，研究人员发现，黑腹果蝇和雅库巴果蝇的 P1 神经元对完全不同类型的信息素做出反应时被激活。然而，P1 神经元在求偶启动中的作用在两个物种中仍然是保守的。

“我们工作中的一个重要发现是，每个物种的大脑内都有离散的节点，可以灵活地整合新的感觉模式，”鲁塔说。 “这种灵活性使得像 P1 神经元这样的保守节点仍然能够在不同物种中发起求爱，但会对雌性的不同信号做出反应。”

社交大脑

这项研究属于洛克菲勒普莱斯家族社交大脑中心的范畴，该中心致力于了解社交大脑的神经元、细胞和分子基础。。除了揭示面对新的感官输入的灵活性之外，目前的工作还说明了一种研究社会行为如何跨物种进化的实验方法。

“我们的结果表明，果蝇是研究行为进化的强大系统，”鲁塔说。

通过研究神经回路的变化如何影响交配等行为，该实验室希望增进我们对大脑功能和社会行为之间复杂相互作用的理解，为理解社会回路如何构建以在人脑中产生适应性行为提供一个框架。

尽管果蝇和人类的大脑结构存在很大差异，但神经回路进化和适应的一些基本原理可能在不同物种之间是保守的。

科尔曼说：“我们希望像这样的比较进化研究能够揭示影响整个动物界（包括人类）神经回路如何构建的核心规则。”

“许多神经系统疾病被认为是由电路错误接线引起的”鲁塔补充道。 “通过检查通过进化的镜头，我们希望阐明哪些神经基序可以改变，以及它们如何改变，不是通过疾病的破坏，而是作为进化选择的结果。”