昼夜节律时钟影响几乎所有生物的各种生理过程和行为。最近，由维尔茨堡大学的科学家领导的国际研究团队开发了一张果蝇大脑内部时钟的全面地图。
所有生物，包括人类，都经历日常的活动与休息周期，以及在饥饿、代谢和繁殖方面的模式。控制这些生物周期的机制被称为昼夜节律时钟，它在24小时的时间框架内管理着所有身体功能。
在脊椎动物中，这个时钟的核心成分位于大脑内一个被称为视交叉上核（SCN）的区域。大脑的这一部分对于管理和同步不仅在大脑内部的节律，也影响身体其他器官的节律至关重要。这些节律的有效协调至关重要；任何干扰都可能导致各种睡眠和代谢问题。
一项最近发表在《自然通讯》期刊上的研究，由来自维尔茨堡大学（德国）、内华达大学里诺分校（美国）和冈山大学（日本）的合作团队完成，成功创建了果蝇大脑内部时钟的首个详尽地图。该项目由小组负责人米特·赞达瓦拉博士率领，博士生尼尔斯·赖因哈德在维尔茨堡神经生物学和遗传学系夏洛特·福斯特和迪尔克·里杰的实验室工作。
赞达瓦拉博士指出：“脊椎动物拥有大约20,000个神经元组成主时钟。由于细胞数量庞大以及它们在大脑内形成的复杂连接，理解这些时钟网络如何相互作用是相当具有挑战性的。”为了简化这种复杂性，科学家们通常利用结构更加简单的模型生物，如果蝇，其神经元数量约为140,000个。
绘制果蝇大脑中的连接
最近，一个国际研究团队发布了一个果蝇大脑中所有神经连接的完整地图，这被称为连接组。“这个自由获取的资源为神经科学中的突破性发现提供了必需的工具，并加深了我们对昼夜节律时钟等关键系统的理解，”赞达瓦拉解释道。
利用这个大脑连接组，团队标识了参与果蝇昼夜节律时钟的每个神经元。研究发现，该时钟由至少240个神经元组成，超过了之前估计的150个。一些新识别的时钟神经元表现出与脊椎动物时钟神经元相似的特征。这表明，昆虫与脊椎动物在时间控制机制上比我们之前认为的更为相似，赖因哈德说。大量的数据集使研究人员能够精准定位在时钟网络中合作和调节通信的特定类型的时钟神经元。
未来治疗策略的基础
时钟网络中的神经元将时间信息传递给其他大脑区域，这些区域促进学习和记忆、导航、运动控制和激素调节等过程。随着时钟网络的界定，研究人员可以追踪影响进食、睡眠和繁殖等节律活动的路径，以及激素分泌。
对果蝇时钟网络的这一全面绘制，不仅增强了我们对日常节律产生的理解，还为研究与健康问题相关的昼夜节律周期干扰奠定基础，包括睡眠障碍和代谢疾病。“这些发现提供了一个详细的框架，帮助我们理解大脑如何指导日常周期，并为未来应对昼夜健康问题提出治疗方案提供了机会，”赞达瓦拉表示。
