马赛克式进化：袖蝶大脑结构如何推动认知能力提升？
马赛克式进化：袖蝶大脑结构如何推动认知能力提升？
在热带雨林深处，一种独特的蝴蝶正在改写我们对大脑进化的理解。最新研究表明，袖蝶（Heliconius butterflies）的大脑以一种被称为"马赛克式进化"的独特方式发展，这种发现不仅揭示了生物神经扩展的奥秘，还为理解人类认知能力的提升提供了新的视角。
图源：Pixabay
近日，布里斯托尔大学的研究团队在《当代生物学》杂志上发表了一项重要研究成果。他们对袖蝶这一独特蝴蝶种类的行为创新背后的神经机制展开了深入研究，试图揭开它们认知能力背后的秘密。
袖蝶是唯一一个既吃花蜜又吃花粉的蝴蝶属，它们能够学习和记忆食物来源的位置信息。这种能力以往被认为与大脑中负责学习和记忆的蘑菇体结构扩大有关。然而，科学家们一直好奇大脑体积增大是如何具体提升认知能力的。
该研究的主要作者，来自布里斯托尔大学生物科学学院的马克思·法恩沃思（Max Farnworth）博士解释说：“人们一直对大脑体积增大如何提升认知能力、行为精确性或灵活性充满好奇。然而，在大脑扩张的过程中，很难将整体尺寸的增加与内部结构的具体变化区分开来。”
为了回答这个问题，研究作者深入研究了支持袖蝶学习和记忆的神经回路发生的变化。神经回路与电路十分相似，因为每个细胞都有与之连接的特定目标，并通过连接形成一个网。然后，这个网通过构建电路来激发特定功能。
通过详细分析蝴蝶的大脑，研究小组发现，一种叫作凯尼恩细胞（Kenyon cells）的神经细胞以不同的速度增长。这种差异导致了一种被称为马赛克式大脑进化的现象，即大脑的不同部分以不同的速度增长，而其他部分则保持不变，就像马赛克瓷砖的不同图案一样。
法恩沃斯博士解释说：“我们预测，由于观察到了这种马赛克式的神经变化，这些变化将与特定的行为转变相关联——这与一系列学习实验的结果相吻合，这些实验表明，袖蝶在非常特定的情况下（如长期视觉记忆和模式识别）表现得优于其近亲。”
为了以花粉为食，袖蝶需要高效的觅食策略，因为提供花粉的植物相对较少。项目主管兼合著者斯蒂芬·蒙哥马利（Stephen Montgomery）博士指出：“这些蝴蝶并不是随机选择觅食路线，而是在花卉资源之间选择固定的路线，类似于公共汽车路线。这种行为的规划和记忆过程由蘑菇体内的神经元组合完成，因此我们对内部的神经回路非常感兴趣。我们的研究结果表明，这些神经回路的特定方面经过了优化，从而增强了袖蝶的能力。”
这项研究有助于人们理解神经回路是如何变化以反映认知创新和适应的。在昆虫等易于操作的模型系统中研究神经回路，有望揭示所有神经回路共有的遗传和细胞机制，从而有可能缩小与其他生物（包括人类）在机制层面的差距。
展望未来，研究小组计划探索蝴蝶大脑中除学习和记忆中心以外的其他神经回路。他们还计划提高大脑图谱的分辨率，以便在更微观的层面上观察单个神经元是如何相互连接的。
法恩沃斯博士表示：“我对于这样一个事实感到着迷：我们在大脑解剖和进化过程中看到了如此高度的保守性，但随后又发生了如此明显且截然不同的变化。”
蒙哥马利博士总结道：“这是一个非常迷人和美丽的例子，它揭示了我们通常难以察觉的生物多样性的一个层面——大脑和感官系统的多样性，以及动物如何处理和利用周围环境提供的信息。”
图源：袖蝶
本文原文来自澎湃新闻