今年夏天，當(dāng)你粉碎入侵廚房的果蠅時(shí)，請(qǐng)花點(diǎn)時(shí)間尊重它們。

黑腹果蠅（來(lái)源：哥倫比亞祖克曼研究所）

打蒼蠅的季節(jié)到了。您剛將新鮮草莓放在廚房柜臺(tái)上，只果蠅就會(huì)到達(dá)。一排果蠅小伙伴很快就會(huì)在戰(zhàn)利品周圍徘徊。

如果您選擇拍打、滑動(dòng)、拍打、反手或以其他方式追求您的殺蟲(chóng)傾向，請(qǐng)不要浪費(fèi)學(xué)習(xí)時(shí)間。你需要做的就是接受那句永恒的格言：了解你的敵人。作為實(shí)驗(yàn)室的主食，果蠅已被證明是生物靈感和關(guān)于大腦和身體如何發(fā)育和功能的知識(shí)的源泉。

課：果蠅存在的時(shí)間比我們長(zhǎng)得多——長(zhǎng)得多！

有可能的是，您將在您擺脫內(nèi)部果蠅的熱情中慘遭失敗。這并不是說(shuō)你不擅長(zhǎng)排列你的致命一擊。大約 4000 萬(wàn)年來(lái)，進(jìn)化一直在磨練蒼蠅微小的大腦、翅膀、感覺(jué)系統(tǒng)、肌肉組織和內(nèi)臟器官。這比我們智人從我們的南方古猿祖先進(jìn)化而來(lái)的時(shí)間還要多 3800 萬(wàn)年。果蠅進(jìn)入進(jìn)化學(xué)校的時(shí)間比人類長(zhǎng)得多。 

第二課：果蠅在科學(xué)界有追隨者。

20 世紀(jì)初，哥倫比亞大學(xué)遺傳學(xué)史上的巨人托馬斯·亨特·摩根（Thomas Hunt Morgan）是早接受這一不知情的科學(xué)禮物的研究人員之一。1910 年，在阿姆斯特丹大街的 Schermerhorn Hall，摩根注意到他可以很容易地發(fā)現(xiàn)突變，例如白色的大眼睛，而不是蒼蠅通常的紅色大眼睛。他和他的實(shí)驗(yàn)室伙伴學(xué)會(huì)了如何將這些物理突變與位于昆蟲(chóng)染色體上的特定基因片段聯(lián)系起來(lái)。

從那時(shí)起，這些小型節(jié)肢動(dòng)物一直是深受喜愛(ài)和富有啟發(fā)性的研究伙伴。對(duì)于我們對(duì)遺傳學(xué)、遺傳、生物發(fā)育、感官科學(xué)、許多疾病和無(wú)數(shù)其他生物學(xué)方面的了解，我們要感謝果蠅。近對(duì)果蠅研究界的一項(xiàng)調(diào)查表明，估計(jì)有 6,000 多名“全球果蠅工作者似乎很保守”。

第三課：果蠅是小胡迪尼。

當(dāng)面臨威脅時(shí)，果蠅幾乎可以立即做出反應(yīng)。為了做出基本的回避動(dòng)作，即使在幼蟲(chóng)階段，昆蟲(chóng)也必須跟蹤其身體在太空中的位置。這種所有動(dòng)物共有的身體位置感覺(jué)被稱為本體感覺(jué)。例如，它可以讓人類在不直視的情況下知道他們的四肢在哪里，并在任何運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行微調(diào)，比如伸手去拿草莓。

熒光標(biāo)記揭示了蒼蠅幼蟲(chóng)的感覺(jué)細(xì)胞。（來(lái)源：格魯伯實(shí)驗(yàn)室；祖克曼研究所）

哥倫比亞 Zuckerman 研究所的Wesley Grueber 博士和他的同事發(fā)現(xiàn)，果蠅中的一組感覺(jué)細(xì)胞使其能夠在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中跟蹤不同身體區(qū)域的位置。 

Grueber 博士指出，當(dāng)蒼蠅做出那些讓你在廚房里咒罵的航空逃生序列時(shí)，類似的細(xì)胞和電路可能會(huì)啟動(dòng)。也就是說(shuō)，除非你巧妙地反手擊碎逃跑的果蠅，否則它們先前華麗的形式和功能結(jié)合會(huì)變成熵?zé)o功能的污點(diǎn)。  

第四課：果蠅有 1,600 只眼睛，差不多。

如果你能從被拍過(guò)的果蠅的580,000 個(gè)左右的細(xì)胞中挑選出來(lái)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)至少有 800 個(gè)捕光面或小眼，構(gòu)成了一只果蠅的每只眼睛。您可能還會(huì)發(fā)現(xiàn)構(gòu)成果蠅神經(jīng)系統(tǒng)的 200,000 個(gè)神經(jīng)元的殘骸，以及它用來(lái)觀察世界的電路。

您還將徘徊在 Zuckerman 研究所的首席研究員Rudy Behnia 博士的領(lǐng)域。除其他外，Behnia 博士一直在梳理  構(gòu)成果蠅色覺(jué)基礎(chǔ)的細(xì)胞電路和計(jì)算。Behnia 博士說(shuō)：“世界上的光譜信息非常豐富，蒼蠅可以將其用于物體識(shí)別”，以及確定中的時(shí)間并根據(jù)天空顏色的太陽(yáng)位置線索進(jìn)行導(dǎo)航。

從你可怕的擊飛平均擊球率可以看出，你的昆蟲(chóng)敵人知道你的兇手即將到來(lái)。該信息來(lái)源于果蠅視覺(jué)系統(tǒng)中內(nèi)置的信號(hào)延遲電路。如果初的感覺(jué)信號(hào)在小眼之間發(fā)生變化，就像當(dāng)你的手在蒼蠅的視野中掃過(guò)時(shí)那樣，在蒼蠅大腦深處產(chǎn)生的信號(hào)模式會(huì)攜帶關(guān)于你的手移動(dòng)方向的信息。 

現(xiàn)在加上蒼蠅的趨光性，它發(fā)揮了探測(cè)和移動(dòng)紫外線的訣竅，你就有了逃生計(jì)劃的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)。“由于自然界中的大多數(shù)物體反射而不是吸收紫外線輻射，因此天然紫外線的主要來(lái)源是開(kāi)闊的天空，”Behnia 博士解釋說(shuō)。這意味著，如果你是一只果蠅，并且你察覺(jué)到不祥之兆正在向你襲來(lái)，你只需要跟隨那條紫外線到達(dá)開(kāi)闊的天空。

第五課：果蠅做令人費(fèi)解的數(shù)學(xué)，全在他們的腦海里。

為了在世界上規(guī)劃它們的路線，并在危險(xiǎn)時(shí)期逃離軌跡，果蠅使用外部參考點(diǎn)，例如太陽(yáng)的位置，以及嚴(yán)肅的心算。

“蒼蠅正在做三角學(xué)，”祖克曼研究所理論神經(jīng)科學(xué)中心的聯(lián)合主任拉里·阿博特博士說(shuō)。“這太不可思議了?！?/span>

蒼蠅的心理計(jì)算從表示向量開(kāi)始，數(shù)學(xué)箭頭的角度和長(zhǎng)度本身代表運(yùn)動(dòng)的方向和速度。Abbott 博士和他的同事發(fā)現(xiàn)，果蠅使用大腦活動(dòng)的波狀模式來(lái)編碼這些向量。這些神經(jīng)波模式的幅度和相位與實(shí)際空間中相應(yīng)向量的長(zhǎng)度和角度相匹配。

“蒼蠅執(zhí)行通常在物理入門課程中分配的矢量計(jì)算類型，但它們以此類課程中通常不教授的方式執(zhí)行此操作，”Abbott 博士說(shuō)，并補(bǔ)充說(shuō)他期待著今年夏天晚些時(shí)候的到來(lái)，致祖克曼研究所的新同事格溫妮絲·卡德博士。她將研究蒼蠅使用的神經(jīng)回路，以準(zhǔn)確決定采取何種逃避反應(yīng)，例如，當(dāng)一只具有威脅性的人手侵犯了它們的個(gè)人空間時(shí)。 

第六課：讓人類長(zhǎng)出蒼蠅的基因。

一只蒼蠅包含 50 萬(wàn)個(gè)細(xì)胞，分布在 200 多種細(xì)胞類型中，并組織成從頭部前部的觸角到后部的毛發(fā)的身體部位。得益于Hox家族中僅有的八個(gè)基因：發(fā)育的主要指揮者，這種復(fù)雜的身體計(jì)劃從受精卵中出現(xiàn)。

熒光標(biāo)記區(qū)分特定 Hox 基因的幼蟲(chóng)位置。（來(lái)源：曼恩實(shí)驗(yàn)室；祖克曼研究所）
 

經(jīng)過(guò)多年的研究，另一位研究果蠅的 Zuckerman 神經(jīng)科學(xué)家Richard Mann 博士一直在梳理Hox基因、轉(zhuǎn)錄因子和許多其他基因和蛋白質(zhì)如何根據(jù)生物發(fā)育的精彩邏輯來(lái)協(xié)調(diào)它們的飛行壯舉. 曼恩博士說(shuō)，科學(xué)家們從果蠅等模式生物中了解到的這種邏輯通常指向人類的類似發(fā)育邏輯。他強(qiáng)調(diào)，人類和果蠅的遺傳共同點(diǎn)超出了發(fā)育基因。Mann 說(shuō)：“在果蠅中也發(fā)現(xiàn)了如此多的人類基因，而且在果蠅中也發(fā)現(xiàn)了大多數(shù)人類疾病基因?！?nbsp;

第七課：果蠅是遺傳和細(xì)胞音符的交響曲。

Zuckerman Institute 首席研究員Minoree Kohwi 博士從果蠅基因中提取更多生物學(xué)見(jiàn)解。她一直在確定發(fā)育基因在生長(zhǎng)果蠅的連續(xù)幾代細(xì)胞中變得活躍的特定地點(diǎn)和時(shí)間。

“把每個(gè)基因想象成一個(gè)單一的音符：一個(gè)音符本身就是一個(gè)孤立的聲音，但在正確的時(shí)間播放每個(gè)音符，持續(xù)正確的時(shí)間，你就會(huì)得到一首優(yōu)美的交響樂(lè)，”科維博士說(shuō)。

綠色染色顯示成神經(jīng)細(xì)胞，它們是成為神經(jīng)元的前體細(xì)胞，特別是在蒼蠅胚胎的神經(jīng)索中；洋紅色染色點(diǎn)亮了位于神經(jīng)索內(nèi)外的成神經(jīng)細(xì)胞。（來(lái)源：Kohwi 實(shí)驗(yàn)室；祖克曼研究所）

她打算回答的一個(gè)大問(wèn)題是：“成千上萬(wàn)種不同的細(xì)胞類型是如何以如此有組織的方式產(chǎn)生的，以允許正常的大腦功能。”

Kohwi 博士的實(shí)驗(yàn)室正在揭示蒼蠅大腦中許多不同細(xì)胞類型的起源，從而幫助揭示她自己大腦中類似細(xì)胞多樣性的起源。她的研究通過(guò)揭示發(fā)育基因如何以及何時(shí)遷移到細(xì)胞核內(nèi)的不同位置，深入挖掘生命的分子基礎(chǔ)。這些遷移調(diào)節(jié)特定發(fā)育基因何時(shí)活躍以及何時(shí)被抑制。Kohwi 博士說(shuō)，這些開(kāi)關(guān)序列“終決定了在發(fā)育過(guò)程中何時(shí)可以制造出每種腦細(xì)胞類型。”

擠壓奇跡

很少有果蠅研究人員會(huì)三思而后行地用致命的力量保護(hù)他們桌上的新鮮水果。但是因?yàn)樗麄儗?duì)果蠅的奇妙了解，當(dāng)你聽(tīng)到thwap的聲音時(shí)，你可能會(huì)看到他們臉上閃過(guò)一絲對(duì)蒼蠅的欽佩。