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睡一覺更好記

cacbug
・2011/06/27 ・1145字 ・閱讀時間約 2 分鐘

「為什麼我們要睡覺呢?」仍然是生命科學的謎題之一。科學家們設計了一個新方法來回答這個問題,研究人員透過誘發果蠅睡覺,然後研究睡著後的正向影響。這個與過去以剝奪睡眠來探討造成的負面效果截然不同。位於聖路易士的華盛頓大學的科學家利用這種方法發現睡覺有助果蠅的長期記憶形成。這項研究成果發表在最新一期的《科學》,成功地利用實驗整合兩個睡眠研究的理論。

德國呂貝克大學的睡眠研究學者詹‧伯恩(Jan Born)說:「這是一項領先的研究!我們需要一個實驗的方法、途徑或工具來誘發睡眠。」

帶領研究該研究團隊的華盛頓大學神經生物學家,保羅‧蕭博士說:「我們現在可以問以前無法問的問題,我認為很多人將要開始利用這個方法讓我們驚豔!」

蕭博士與他的團隊選用其中一個果蠅的品系能夠在腦內一個名為背扇形體(dorsal fan-shaped body)的區域表現一種細菌的鈉離子通道,可以用來誘發果蠅的睡眠。當這個鈉離子通道打開了時候,能夠造成該區域被刺激以傳遞訊息給其他的腦區域進入睡眠狀態。該研究團隊利用生物工程的技術讓這個鈉離子通道開關受到溫度控制,當溫度高於室溫(25℃)六度時會開啟,讓果蠅確實地在設定的溫度(31℃)下開始睡覺。因此,研究人員只要升溫就可以讓果蠅乖乖地睡覺,然後再搖醒他們。

為了檢驗睡眠帶給果蠅哪些影響,他們設計了實驗檢驗兩個當前兩個關於記憶形成的理論:一個是突觸的動態平衡(synaptic homeostasis) 認為神經的連結在清醒時期增加,在睡眠的時期會縮減,透過減少白天產生的突觸而讓最強的連結維持原狀;另外是記憶的固化(memory consolidation),認為睡眠的目的是重播並且固化前一天的記憶,重新活化某些神經連結以強化他們。

為了檢驗突觸動態平衡理論模式,果蠅被成群地放置在玻璃管子裡面,讓他們學習儀式化的求偶行為,緊接著讓他們分別睡一段時間(31℃)或是不經歷睡眠(25℃)。當果蠅經過一段睡眠後隨即發展這種求偶行為的記憶,而沒有睡覺的果蠅並沒有留下這種記憶。這樣的結果支持先前的理論模式顯示睡眠是重新調整清醒時期被刺激的突觸,減少數量以提供學習新事物的空間。第二篇文章發表在新一期的科學也提供額外的證據支持突觸動態平衡理論模式。

蕭博士的團隊設計一個給予他們短期記憶的訓練來檢驗記憶固化的理論。讓人感到驚訝的是,當訓練之後隨即引發睡眠的果蠅,他們的記憶不僅維持數小時而是數天的時間,在在證明睡眠能夠強化突觸間的連結來鞏固記憶的形成。

伯恩博士提到:「這是我所知的第一個透過實驗的結果驗證並支持睡眠時記憶形成的兩種模式,而且兩者是同時作用…一個能夠減少太多的連結另外則是強化並維持長期記憶的形成。」


新聞原文出處: http://the-scientist.com/2011/06/23/sleep-on-it/

研究論文原文:
1. Inducing Sleep by Remote Control Facilitates Memory Consolidation in Drosophila http://www.sciencemag.org/content/332/6037/1571.full

2. Sleep and Synaptic Homeostasis: Structural Evidence in Drosophila http://www.sciencemag.org/content/332/6037/1576.full

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cacbug
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研究昆蟲的人,腦袋不時地轉來轉去,對於這個世界充滿好多想像與疑問。

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殭屍真菌的心智操控術!被附身的螞蟻變成「孢子釋放機」——《真菌微宇宙》

azothbooks_96
・2021/09/25 ・1691字 ・閱讀時間約 3 分鐘
  • 作者 / 梅林.謝德瑞克
  • 譯者 / 周沛郁

最多產、最能有創意地操控動物行為的,是一群住在昆蟲體內的真菌。這些「殭屍真菌」改變寄主行為的方式,得到明確的好處──真菌綁架一隻昆蟲,就能散播孢子,完成自己的生命週期。

研究最透徹的殭屍真菌是偏側蛇蟲草菌(Ophiocordyceps unilateralis),這種真菌的一生都繞著巨山蟻(carpenter ant)打轉。巨山蟻受真菌感染之後,會失去自己怕高的本能,拋下相對安全的巢,爬上最近的植物──這症狀稱為「登頂症」(summit disease)。在適當的時候,真菌會迫使巨山蟻用大顎鉗住那株植物、「死命一咬」,菌絲體從巨山蟻腳上長出來,把巨山蟻固定在植物表面。真菌接著消化巨山蟻的身體,從巨山蟻頭上發出菇柄,孢子撒向經過下方的巨山蟻身上。如果孢子錯失了目標,就會產生次生的黏性孢子,在作為引線的細絲上向外延伸。

受到蛇形蟲草(zombie fungus)感染的巨山蟻。圖/AntWiki by João P. M. Araújo

殭屍真菌極為精準地控制它們寄主昆蟲的行為。蛇形蟲草(Ophiocordyceps)會強迫螞蟻去溫度、溼度剛好的區域死命一咬,讓真菌結實──就在森林離地二十五公分高的地方。真菌利用太陽的方向來引導螞蟻,在中午時分同步感染螞蟻。螞蟻不會咬進葉背的任何老位置。百分之九十八的情況下,螞蟻會咬住主脈。

殭屍真菌如何控制寄主昆蟲的心智,一直令研究者大惑不解。二○一七年,真菌操控行為的一位頂尖專家大衛.休斯(David Hughes)帶領的一支團隊,在實驗室裡用蛇形蟲草感染了螞蟻。研究者在螞蟻死命一咬的那一刻,把螞蟻的身體保存起來,切成薄片,重建真菌住在螞蟻組織中的三維圖像。他們發現真菌變成螞蟻體內的一個假體器官,占據螞蟻身體的程度令人不安。受感染的螞蟻生物量之中,高達百分之四十是真菌。菌絲從頭到腳蜿蜒鑽過螞蟻的體腔,纏住螞蟻的肌纖維,透過互連的菌絲體網絡來協調螞蟻活動。然而,螞蟻的腦中居然沒有菌絲。休斯和他的團隊完全沒料到這情況。他們預期螞蟻的腦部會有真菌,才能那麼精細地控制螞蟻的行為。

結果真菌似乎是採用藥理學的方式。研究者懷疑,真菌雖然沒有實際存在於螞蟻腦部,但還是靠分泌化學物質,影響螞蟻的肌肉和中央神經系統,進而操控螞蟻的行動。但究竟是哪些化學物質,還不清楚。也不知道真菌能不能切斷螞蟻腦部和身體的連結,直接協調螞蟻的肌肉收縮。不過,蛇形蟲草和麥角菌是近親,瑞士化學家艾伯特.赫夫曼(Albert Hofmann)最初正是從麥角菌分離出用於製造 LSD 的化學物質,繼而做出一類化學物質,LSD 正是衍生物──這類化學物質稱為「麥角鹼」。在感染的螞蟻體內,負責產生這些生物鹼的蛇形蟲草基因組啟動了,表示這些基因組在操控螞蟻行為的過程中,可能扮演了某種角色。

雀麥上的麥角菌。圖/WIKIPEDIA by Claude De Brauer

不論這些真菌是怎麼辦到的,它們的干預以人類的任何標準來看,都十分驚人。經過幾十年的研究,投入數十億美元的經費,用藥物調控人類行為的能力還完全無法微調。比方說,抗精神疾病藥物無法針對特定的行為,其實只有鎮定效果。相較之下,蛇形蟲草百分之九十八的成功率,不只是讓螞蟻向上爬或是死命一咬(這百分之百會發生),而是咬到葉片特定的部位,並且是對真菌最理想的環境。不過公平起見,蛇形蟲草和許多殭屍真菌一樣,其實有很長的時間可以微調它們的做法。受感染的螞蟻行為有跡可循。螞蟻的死命一咬在葉脈上留下明顯的疤痕,依據化石化的疤痕,這種行為的起源可以追溯到距今四千八百萬年前的始新世(Eocene)。真菌很大部分的時間都在操控動物心智,可能自己也有心智。

——本文摘自《真菌微宇宙:看生態煉金師如何驅動世界、推展生命,連結地球萬物》,2021 年 8 月,果力文化

azothbooks_96
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