자료 꿀벌 뇌의 진화를 위한 새로운 모델
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꿀벌 뇌의 진화를 위한 새로운 모델
도쿄 대학
▲ 연구자들은 먹이를 찾는 꿀벌, 간호사 꿀벌, 여왕벌과 같이 서로 다른 행동을 보이는 꿀벌을 연구했습니다. 일반적으로 꿀벌은 100년 이상 학습과 기억을 더 잘 이해하기 위한 핵심 곤충 모델이었습니다. 크레딧: Kohno Hiroki
연구자들은 Hymenoptera order of 곤충에서 더 높은 뇌 기능과 행동의 진화를 위한 새로운 모델을 제안했습니다. 연구팀은 "원시적" 톱파리와 정교한 꿀벌의 버섯체(학습, 기억 및 감각 통합에 관여하는 곤충 뇌의 일부)에서 일종의 신경 세포인 케년 세포를 비교했습니다.
그들은 꿀벌 의 뇌 에 있는 세 가지의 다양하고 특화된 Kenyon 세포 아형이 하나의 다기능 Kenyon 세포 아형 조상에서 진화한 것으로 보인다는 것을 발견했습니다. 미래에 이 연구는 우리 자신의 일부 고등 뇌 기능과 행동의 진화를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
당신은 "벌처럼 바쁜", "사교적인 나비" 또는 "벽 위의 파리"입니까? 우리의 행동을 곤충의 행동과 비교하는 방법은 여러 가지가 있으며, 재미있는 관용구보다 더 많은 것이 있을 수 있습니다. 곤충을 연구하면 그들의 행동이 어떻게 진화했는지 뿐만 아니라 우리 자신을 포함하여 고도로 진화한 동물의 행동을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.
포유류의 뇌는 크고 복잡하기 때문에 시간이 지남에 따라 어떤 행동과 신경 및 유전적 변화가 함께 발달했는지 식별하기 어렵습니다. 이에 비해 곤충의 뇌는 훨씬 작고 단순하여 연구에 유용한 모델이 됩니다.
"2017년에 우리는 Hymenoptera(곤충의 크고 다양한 목)의 행동 다양화와 함께 곤충 뇌의 버섯 몸체에 있는 Kenyon 세포(KC) 아형의 복잡성이 증가한다고 보고했습니다. 도쿄 대학과 Science Advances 에 발표된 현재 연구의 공동 저자 .
"즉, 곤충에 KC 하위 유형이 많을수록 뇌와 행동이 더 복잡해집니다. 그러나 우리는 이러한 다양한 하위 유형이 어떻게 진화했는지 몰랐습니다. 그것이 이 새로운 연구의 자극제였습니다."
도쿄 대학과 일본 국립농업식품연구기구(NARO)의 팀은 두 가지 Hymenoptera 종을 서로 다른 행동의 대표자로 선택했습니다. 세 가지 KC 하위 유형).
톱파리는 보다 "원시적인" 뇌를 가지고 있기 때문에 꿀벌 뇌의 일부 조상 특성을 포함하는 것으로 생각됩니다. 그들 사이의 잠재적인 진화 경로를 밝히기 위해 연구자들은 전사체 분석을 사용하여 다양한 KC 아형의 유전자 발현 프로파일 (유전 활동) 을 식별 하고 그 기능을 추측했습니다.
▲ 이 이미지는 꿀벌의 다양하고 복잡한 Kenyon 세포(KC) 하위 유형이 순무 톱파리로 대표되는 조상과 같은 단일 KC 하위 유형에서 어떻게 진화했는지 보여줍니다. 크레딧: Kuwabara Takayoshi
"나는 꿀벌의 세 가지 KC 아형 각각이 톱파리의 단일 KC 유형과 유사한 유사성을 보여 놀랐습니다."라고 과학 대학원의 공동 저자 인 Hiroki Kohno 조교수가 말했습니다. "여러 유전자에 대한 초기 비교 분석을 바탕으로 이전에는 추가 KC 하위 유형이 하나씩 추가되었다고 가정했습니다. 그러나 기능적 분리 및 전문화를 통해 다기능 조상 유형에서 분리된 것으로 보입니다."
KC 하위 유형의 수가 증가함에 따라 각 하위 유형은 조상 KC로부터 일부 고유한 속성을 거의 동일하게 물려받았습니다. 그런 다음 이들은 다양한 방식으로 수정되어 다양한 현재 기능을 제공합니다.
연구자들은 조상 KC 기능이 톱니와 꿀벌 모두에 어떻게 존재하는지에 대한 구체적인 행동 예를 원했습니다. 그래서 그들은 톱파리가 일반적인 꿀벌 행동 테스트에 참여하도록 훈련시켰습니다. 그곳에서 그들은 냄새 자극과 보상을 연관시키는 법을 배웁니다. 처음에는 도전적이었지만 팀은 결국 톱파리를 기억 작업에 참여시킬 수 있었습니다.
그런 다음 연구자들은 잎벌레 유충에서 CaMKII라는 유전자를 조작했는데, 이는 꿀벌에서 KC 기능인 장기 기억 형성과 관련이 있습니다. 유충이 성충이 되었을 때 장기 기억력이 손상되어 잎벌과 꿀벌 모두에서 유전자가 비슷한 역할을 한다는 것을 나타냅니다. CaMKII는 잎벌의 전체 단일 KC 하위 유형에 걸쳐 표현되었지만(즉, 활성이었음) 꿀벌에서는 하나의 KC 하위 유형에서만 우선적으로 표현되었습니다. 이것은 장기 기억 에서 CaMKII의 역할이 꿀벌의 특정 KC 하위 유형으로 전달되었음을 시사합니다.
곤충과 포유류 뇌 의 크기와 복잡성의 차이에도 불구하고 기능과 신경계의 기본 구조에는 공통점이 있습니다. 그렇기 때문에 KC 하위 유형의 진화 및 다양화를 위해 이 연구에서 제안된 모델이 우리 자신의 행동 진화를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 다음으로 팀은 꿀벌의 "waggle dance"와 같은 사회적 행동과 병행하여 획득되는 KC 유형을 연구하는 데 관심이 있습니다.
"우리는 여기에 제시된 모델이 다른 행동의 진화에 적용 가능한지 여부를 명확히 하고 싶습니다."라고 과학 대학원의 박사 과정 학생이자 주저자인 Takayoshi Kuwabara는 말했습니다. "곤충, 동물 또는 인간의 사회적 행동을 제어하는 신경 기반에 대한 많은 미스터리가 있습니다. 그것이 어떻게 진화했는지는 아직 거의 알려지지 않았습니다. 저는 이 연구가 이 분야의 선구적인 작업이라고 생각합니다."
출처 : 미국과학뉴스
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