十一月二十一日的Nature雜志上發(fā)表了一項新研究,顯示果蠅觸須中相鄰的嗅覺神經元可以相互阻斷,即使二者并沒通過突觸直接相連。這種通訊手段被稱為ephaptic coupling,神經元通過電場使其鄰居沉默,而不是通過突觸傳遞神經遞質。
“Ephaptic coupling這一理論已經有很長的歷史,不過人們還不清楚這種相互作用如何影響真實的生物行為,”領導該研究的耶魯大學生物學家John Carlson說。“這一領域還是一塊處女地。”
2004年法國國家農業(yè)科學研究院INRA的Jean-Pierre Rospars就曾預測,這類神經元可能存在于果蠅的感覺器官。黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)觸須中的嗅覺神經元位于充滿液體的sensilla感受器。每個感受器包含二到四個神經元,這些神經元分別對應不同的氣味,并且以特定方式組合起來。“例如草莓味神經元總是與梨味神經元搭配在一起,”Carlson說。“這些神經元都很有特色,正因如此我們才能夠了解其組合形式。”
Carlson的學生Chih-Ying Su針對ab3感受器進行了研究,這種感受器包含兩個神經元:對水果己酸甲酯敏感的ab3A,和檢測香蕉味2-庚酮的ab3B。研究人員將果蠅暴露在穩(wěn)定的己酸甲酯氣流中時,A神經元保持活性。隨后研究人員吹入短暫的2-庚酮氣流,B神經元開始峰放電,而A神經元突然關閉,反之亦然。Su發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象也發(fā)生在果蠅另外四種感受器和瘧蚊Anopheles gambiae的一種感受器中。
盡管感受器中的神經元并不通過突觸相連,但它們之間存在著明顯的相互作用。Su進行了進一步實驗來驗證這一點,他采用了阻斷突觸通訊的化合物,發(fā)現(xiàn)盡管相鄰神經元的峰放電模式并不協(xié)調,盡管切斷了觸須與任何中樞神經的聯(lián)系,這些神經元還是可以相互抑制。這些神經元很可能通過周圍的液體來通訊,當一個神經元被激活時,它生成電場直接改變了通過另一神經元的離子流,并關閉了其電活動。
人們曾經在大鼠小腦中的神經元(Purkinje cell浦肯野細胞)發(fā)現(xiàn)過ephaptic coupling現(xiàn)象,不過沒人知道這種相互作用有何影響,而現(xiàn)在研究顯示這類作用足以影響果蠅的行為。
隨后研究人員對另一種感受器進行了研究,這種感受器中的一個神經元吸引著果蠅對蘋果醋的注意力,而另一個神經元讓果蠅規(guī)避二氧化碳。Su阻斷了醋味神經元的信號傳導,使果蠅不被醋所吸引,但仍保持果蠅對二氧化碳的厭惡。隨后他把這些果蠅放到迷宮中,迷宮的兩條路都有二氧化碳,不過其中一條也有醋味,這時果蠅會選擇有醋味的路。但在沒有二氧化碳的情況下,果蠅并不會選擇有醋味的道路。研究指出,盡管切斷了果蠅醋味神經元與大腦的聯(lián)系,這種神經元依然可以抑制附近的二氧化碳神經元,當空氣中同時含有兩種化合物時,果蠅不再排斥二氧化碳。
這項研究可能徹底改變人們對化合物感知的理解,例如嗅覺和味覺。多年以來,人們認為大腦負責整合各種神經元的應答,而神經元負責檢測不同化學物質。而這項研究顯示,果蠅神經元能夠通過ephaptic coupling在信號傳到大腦之前處理嗅覺信息。
同樣的情況也可能存在于人體內,舉例來說,我們味蕾中神經元的組織形式就與果蠅感受器類似。在我們享用食物時,是否發(fā)生著ephaptic coupling呢?“這一啟示很有趣,我希望人們能在這方面進一步深入研究,”Carlson說。
Carlson指出,這項發(fā)現(xiàn)也具有實用價值,傳播疾病和以農作物為食的害蟲都是通過嗅覺來尋找宿主和食物。“在現(xiàn)實世界嗅覺非常重要,”他說。“如果能夠通過激活其他神經元來抑制害蟲尋找宿主或農作物,將會有很大幫助。”