一种热带蝴蝶具有独特的脑结构，显示出与认知进步相关的神经发育的迷人马赛克模式。
一种热带蝴蝶具有独特的脑结构，显示出与认知进步相关的神经发育的迷人马赛克模式。
今天发表在《当前生物学》上的研究探讨了在飞蝗蝶中行为创新的神经基础，飞蝗蝶是唯一已知同时消费花蜜和花粉的蝴蝶群体。作为它们的觅食习惯的一部分，这些蝴蝶显示出令人惊讶的能力，学习和回忆其食物来源的空间信息——这种能力与一种称为菇体的脑区的增长有关，菇体对于学习和记忆至关重要。
来自布里斯托大学生物科学学院的首席作者马克斯·法恩沃斯博士指出：“对更大脑如何增强认知能力、提高行为准确性或增加灵活性的兴趣很大。然而，在脑扩展过程中，通常很难将整体脑大小的影响与内部结构变化的影响区分开来。”
为了调查这个问题，研究人员检查了在飞蝗蝶中负责学习和记忆的神经电路发生的变化。神经电路的功能类似于电路，每个细胞连接到特定目标，通过其连接形成一个网络。这个网络通过创建电路来生成特定功能。
在对蝴蝶脑的深入检验中，团队发现某些细胞群（称为肯阳细胞）以不同的速度扩展。这种差异导致了所谓的马赛克脑演化，其中一些脑区域生长而其他区域保持不变，就像不规则形状的马赛克瓷砖。
法恩沃斯博士解释说：“我们预计这些可观察的神经变异模式将与行为表现的显著改善相关联——这与各种学习研究表明飞蝗蝶在特定领域，如长期视觉记忆和模式识别方面，优于其最亲近的亲属是一致的。”
为了有效地以花粉为食，飞蝗蝶需要高效的觅食路线，因为生产花粉的植物非常稀少。
项目主管和共同作者斯蒂芬·蒙哥马利博士指出：“这些蝴蝶似乎并不是在觅食时沿随机路径行动，而是选择在开花资源之间的既定路线——类似于公交路线。这种行为所需的规划和记忆由菇体内的神经元集合管理，这就是为什么我们的内部电路引起了我们的兴趣。我们的发现表明，这些电路的某些组件已经经过微调，以增强飞蝗蝶的能力。”
这项研究增强了对神经电路如何演化以反映认知创新的理解。在像昆虫这样可管理的模型系统中调查神经电路，预计将揭示在所有神经电路中普遍存在的遗传和细胞过程，可能在机制上桥接对其他生物，包括人类的理解。
未来，团队计划研究不仅限于蝴蝶脑学习和记忆中心的神经电路。他们还计划提高其脑图谱的分辨率，以可视化个别神经元如何以更详细的水平连接。
法恩沃斯博士表示：“我发现观察到如此高水平的脑结构和演化的保守性，同时又有显著而独特的变化，真是令人难以置信。”
蒙哥马利博士总结道：“这呈现了一种有趣而美丽的生物多样性示例，这种示例通常是不可见的——脑和感觉系统的差异，以及动物如何与周围环境的信息交互和处理。”
