과학자들은 과일파리의 짝짓기 의식을 연구하면서 뇌가 어떻게 진화하는지에 대한 내용을 배웠을 수도 있습니다.

수컷 초파리는 어둠 속에서 페로몬을 감지하는 것부터 빛 속에서 시각적 단서에 의존하는 것까지, 짝을 찾기 위해 여러 가지 방법을 사용합니다.

이제 새로운 연구에 따르면 이 작은 구혼자들은 모듈형 뇌 회로의 유연한 네트워크를 활용하여 다양한 짝짓기 신호에 빠르게 적응하고 있습니다. Nature 에 게재된 이 연구는 다양한 종의 초파리가 페로몬과 같은 새로운 감각 입력을 처음부터 새로운 신경 경로를 개발할 필요 없이 기본적인 뇌 회로 세트에 연결하는 방법을 설명한 최초의 연구입니다.

이 연구 결과는 뇌 배선이 어떻게 변화하여 행동 진화에 영향을 미칠 수 있는지 이해하기 위한 더 큰 틀을 제공합니다. 신경 생리학 및 행동 연구실 책임자인 바네사 루타는 "동물계 전체의 행동 다양성은 엄청나지만 진화에 의해 신경계가 형성되는 근본적인 메커니즘은 풀기가 매우 어려웠습니다."라고 말합니다. "여기서 우리는 뇌 회로에 종 전체에 걸쳐 다시 배선할 수 있는 유연성을 제공하는 핵심 신경 메커니즘을 발견했습니다."

플러그 앤 플레이

행동 진화의 큰 미스터리 중 하나는 종이 다양화됨에 따라 뇌 회로가 개인이 이상적인 배우자를 찾을 수 있도록 하는 사회적 신호의 빠른 변화에 어떻게 보조를 맞추는가 하는 것입니다. 예를 들어 구애 행동은 빠르게 진화하기 때문에 새로운 페로몬이 초파리 레퍼토리에 들어올 때마다 파리 뇌가 완전히 스스로를 재창조한다고 상상하기 어렵습니다.

하지만 지금까지 진화가 신경계에서 행동을 변화시키는 곳을 식별할 수 없었기 때문에 그러한 회로를 그렇게 적응 가능하게 만드는 주요 특징은 미스터리로 남았습니다. 루타의 그룹은 초파리로 눈을 돌렸는데, 초파리는 가까운 관련 종이 비슷한 뇌를 공유하지만 짝짓기 의식에 대해 매우 다른 신호에 의존합니다. 예를 들어, D. simulans 는 주로 시각적 신호에 의존하여 짝을 찾는 반면, D. yakuba는 완전한 어둠 속에서도 페로몬을 사용하여 짝을 찾는 새로운 능력을 진화시켰습니다. 이러한 변형과 ​​다른 변형은 유사한 뇌가 서로 다른 사회적 신호를 어떻게 감지하고 인식하는지 연구할 수 있는 기회를 제공했습니다.

"우리는 유연성을 위해 준비된 뇌의 부분을 찾기 시작했습니다." 연구의 첫 번째 저자이자 Ruta 연구실의 박사후 연구원인 Rory Coleman이 말했습니다. "우리는 회로를 본질적으로 적응 가능하게 만들 수 있는 특징, 행동적 다양화를 주도하는 잠재적인 진화적 핫스팟을 찾고 있었습니다."

행동 분석, 유전 도구, 신경 영상 및 CRISPR 게놈 편집을 사용하여 여러 종에서 페로몬 감지 회로를 비교한 후, 그들은 궁극적으로 수컷 앞다리의 감각 뉴런과 고등 뇌의 P1 뉴런이 종 간 구애를 조절하는 데 중요한 요소라는 것을 알아냈습니다. 연구팀은 P1 뉴런과 같은 수컷의 짝짓기 행동의 기본적인 신경 구성 요소가 종 전체에 존재하지만, 다른 감각 신호를 이 노드에 유연하게 연결할 수 있다는 것을 발견했습니다. 이를 통해 파리 종은 전체 뇌를 다시 배선하지 않고도 다양한 짝짓기 전략을 개발할 수 있습니다.

예를 들어, 연구자들은 P1 뉴런이 D. melanogaster 와 D. yakuba 에서 완전히 다른 유형의 페로몬에 반응하여 활성화된다는 것을 발견했습니다 . 그러나 구애를 시작하는 데 있어서 P1 뉴런의 역할은 두 종 모두에서 여전히 보존되었습니다. "저희 연구에서 발견한 중요한 사실 중 하나는 이 종들 각각의 뇌 내에 새로운 감각 양식을 유연하게 통합할 수 있는 개별 노드가 있다는 것입니다."라고 Ruta는 말합니다. "이러한 유연성 덕분에 P1 뉴런과 같은 보존된 노드는 다른 종에서도 구애를 시작하면서도 암컷의 고유한 신호에 반응할 수 있습니다."

사회적 뇌

이 연구는 사회적 행동의 신경, 세포 및 분자적 기초를 이해하는 데 초점을 맞춘 이니셔티브인 Rockefeller's Price Family Center for the Social Brain의 산하에 속합니다. 새로운 감각적 입력에 직면했을 때의 유연성에 대한 빛을 비추는 것 외에도, 이 연구는 또한 종 전체에서 사회적 행동이 어떻게 진화하는지 연구하기 위한 실험적 접근 방식을 보여줍니다. Ruta는 "우리의 결과는 초파리가 행동 진화를 연구하는 강력한 시스템임을 보여줍니다."라고 말합니다.

신경 회로의 변화가 짝짓기와 같은 행동을 어떻게 형성하는지 조사함으로써, 연구실은 뇌 기능과 사회적 행동 간의 복잡한 상호 작용에 대한 이해를 높이고, 인간의 뇌에서 적응적 행동을 생성하기 위해 사회적 회로가 어떻게 구축되는지 이해하기 위한 프레임워크를 제공하고자 합니다. 파리와 인간의 뇌 구조는 상당히 다르지만, 신경 회로가 진화하고 적응하는 방식의 기본 원리 중 일부는 종 전체에서 보존될 가능성이 높습니다.

"우리는 이와 같은 비교 진화 연구를 통해 인간을 포함한 동물계 전반에 걸쳐 신경 회로가 어떻게 구축되었는지를 형성하는 핵심 규칙을 밝혀낼 수 있기를 바랍니다." 콜먼이 말했습니다. "많은 신경 질환은 회로의 잘못된 배선에서 발생하는 것으로 생각됩니다." 루타가 덧붙였습니다. "진화의 관점에서 신경 회로를 조사함으로써 어떤 신경 모티프가 변할 수 있는지, 그리고 질병의 피해가 아니라 진화적 선택의 결과로 어떻게 변경될 수 있는지에 대한 빛을 비추고자 합니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241009183551.htm