為什麼被嚇到會整個僵住?果蠅研究發現是血清素幫了大忙

想像一下你跟爸媽坐在客廳沙發上,突然,一個閃電雷劈秒停電!這時候,你和你爸媽一定會有一樣的反應:整個人嚇傻在原地不動,然後才慢慢移動去找手電筒在哪裡。

當我們受到驚嚇的時候,為什麼會整個人暫時僵住、動彈不得?哥倫比亞大學祖克曼心智、腦與行為研究中心的理查·曼 (Richard Mann) 博士會說:「這可跟血清素脫離不了關係!(*´∀`)~♥」

血清素本人在此。圖/giphy

設計突發的環境刺激:突然關燈、突然地震

一般來說,我們比較常聽到大腦中的血清素濃度跟「調節心情和認知功能」有關:大腦中的血清素濃度低,跟憂鬱情緒、記憶力衰退有所關聯。不過今天我們不是要討論「大腦」中的血清素濃度,過去研究就有指出,由「運動神經元」釋放的血清素會影響果蠅和脊椎動物的運動速度。

理查的研究團隊為了要更了解血清素如何影響動物的運動速度,做了一系列的實驗。研究團隊分別把果蠅分成兩組,分別是「關燈組」與「地震組」,讓果蠅經驗到「突然的黑暗」和「地震來了!」的環境刺激。

「地震組」與「關燈組」,讓果蠅經驗到「地震來了!」和「突然的黑暗」的環境刺激。圖/參考資料 1

至於要怎麼製造「果蠅等級」的地震?理查團隊找來了同為哥倫比亞大學祖克曼研究中心的 Tanya Tabachnik 團隊設計、組裝客製化的儀器。他們創造一個非常微小、果蠅 size 的小空間,這個小空間下面裝著特製震動馬達。如此一來,就能夠調整馬達的力道來製造想要的地震規模。

接下來,研究團隊用 FlyWalker 這個由該團隊實驗室開發的 app 來追蹤果蠅的腳步,藉此監控果蠅的移動速度。於此同時,研究團隊也操縱果蠅在腹側神經索 (ventral nerve cord) 負責釋放血清素的神經元的活性。

果蠅的腹側神經索,可以類比到脊椎動物的脊髓。

因為血清素,嚇到就僵住

研究團隊發現,當果蠅經驗到意料之外的環境改變,神經系統會快速釋放血清素,讓身體暫時不動,來應對可能的威脅,並在上個月底發表在《當代生物學》(Current Biology) 期刊。這種「僵住」的行為在很多動物身上都可以看到:從果蠅,到魚,到人類都會。

研究團隊通訊作者理查·曼博士表示:「我們發現當果蠅遇到突發的環境改變而僵住的時候,血清素的功能就像緊急煞車一樣。這是因為血清素的釋放會導致動物兩腿關節變僵硬,進而使動物動彈不得。」

另外,研究團隊也發現,當研究人員激發會釋放血清素的神經元,會讓果蠅的移動速度慢下來;靜默相同的神經元會讓果蠅的移動速度變快。

當會釋放血清素的神經元被激發,血清素濃度升高,會讓果蠅的移動速度慢下來;反之則果蠅移動速度變快。圖/參考資料 1

在僵住之後?其實是為了下一步好好做準備

本文看到這裡,相信你會有跟我一樣的疑問,就是為什麼我們動物要有這樣的機制?嚇到會僵住有什麼好處嗎?

研究的第一作者克萊爾·霍華德說:「我們覺得這是很重要的,這可以讓果蠅蒐集更多跟環境改變有關的訊息,然後決定下一步該怎麼做。」

有趣的是,儘管「突然的黑暗」和「地震來了!」都會讓果蠅嚇到僵住,但在僵住之後的運動速度卻有顯著的差異。克萊爾補充說:「受到突然黑暗的驚嚇之後,果蠅的移動速度變慢且謹慎;不過地震會讓果蠅在僵住之後反而移動得更快!」

細細思考一下,果蠅有這樣的反應差異也算合理:坐在客廳沙發上你和爸媽,在秒停電的傻住之時,也會因為看不到身旁的環境而緩慢移動。

雖然說這項研究成果可能還不能延伸解釋到人類身上,但或許將來有一天,遇到地震的你,除了逃命跟發地震文之外,還可以想起這篇研究!ʕ•̀ω•́ʔ✧

「僵住」的這段時間可以蒐集更多跟環境改變有關的訊息,然後決定下一步該怎麼做!圖/Gellinger @pixabay

參考資料

  1. Howard, C. E., Chen, C. L., Tabachnik, T., Hormigo, R., Ramdya, P., & Mann, R. S. (2019). Serotonergic modulation of walking in Drosophila. Current Biology.
  2. Jenkins, T. A., Nguyen, J. C., Polglaze, K. E., & Bertrand, P. P. (2016). Influence of tryptophan and serotonin on mood and cognition with a possible role of the gut-brain axis. Nutrients8(1), 56.
  3. Why do we freeze when startled? New study in flies points to serotonin. ScienceDaily, 2019.11.27

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關於作者

旻諭

PanSci 泛科學實習編輯,大學主修生科,喜歡認知神經科學。研所跳槽科學教育,目前正努力想要聰明又科學的活著。

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