Mom, dad set in their ways? Maybe it’s not their faultMom, dad set in their ways? Maybe it’s not their faultHow old can we get? It might be written in stem cellsHow old can we get? It might be written in stem cells

为什么有些物种似乎对父母特别关心,而另一些物种却让它们的后代自生自灭?多年来,科学家们一直认为,其中一个主要驱动力是经验——他们认为,由细心的父母抚养长大的动物,很可能本身就是细心的父母。

哈佛大学的一项研究正在挑战这一观点,并通过揭示特定基因的活动与不同物种之间的养育差异之间的联系,开辟了新的领域。

教授的带领下,有机和进化生物学和分子和细胞生物学霍皮人霍克斯特拉和博士后研究员安德烈斯Bendesky不仅研究发现,不同的基因可能影响男性和女性的行为,而且荷尔蒙后叶加压素的基因似乎与育儿小鼠的筑巢行为密切相关。这项研究发表在4月19日出版的《自然》杂志上。

Hoekstra说:“这是第一个基因与哺乳动物的父母关怀有关的案例。”“事实上,这是为数不多的几个基因已经被卷入的进化行为一般……但我认为是特别令人兴奋的是,在许多系统我们知道育儿行为可以受到环境的影响,我们现在有证据表明,基因也可以发挥重要作用。”

本戴斯基说:“我们知道,不同物种之间在父母为后代提供多少行为方面存在差异。”“这并不是说哪个更好或更坏,只是策略不同而已……但在我们的研究之前,我们不知道这些父母的行为是如何进化的,是否有一个基因调节所有行为的差异,或者是10个或20个。”

这项研究的想法来自于研究人员观察到的两个姐妹鼠种之间交配系统的差异,它们分别是:被称为鹿鼠的通灵鼠(Peromyscus maniculatus)和老地鼠(P. polionotus)。

霍克斯特拉说:“和许多啮齿动物一样,鹿鼠是一种滥交的动物,雄性和雌性都与多个个体交配。”“通常情况下,当你对a胎进行基因型分析时,你会发现来自多个父亲的幼崽。”

相比之下,老田鼠是一夫一妻制的,所以一窝里所有的幼鼠都是由一个父亲繁殖的。

霍克斯特拉说:“这些老鼠有不同的交配系统,这已被广泛证实。”“当安德烈斯加入实验室时,他有兴趣问这样一个问题:这些差异是否会转化为父母在照顾孩子方面的差异?”

Hoekstra’s的研究发现,老田鼠的父亲和老田鼠的母亲一样,都在照顾自己的孩子。照片由Andres Bendesky拍摄

本戴斯基首先创建了一种行为分析方法,跟踪每个物种的雄性和雌性的行为,并测量它们参与父母行为的频率,比如筑巢、舔舐和挤在一起。

总的来说,数据显示,这两个物种的雌性都是细心的母亲。霍克斯特拉说,主要的区别在于父亲。老田鼠的父亲和老田鼠的母亲一样参与抚养幼崽,但是鹿鼠的父亲没有。

为了测试不同养育方式的影响,Bendesky做了一个交叉培养实验,让oldfield老鼠的父母抚养鹿鼠幼崽,反之亦然。研究人员随后观察了幼崽成为父母后的育儿行为。

霍克斯特拉说:“我们发现,根据谁来抚养孩子,并没有明显的影响。”“这完全取决于他们的基因。”

为了研究这些基因,研究人员先对这些物种进行杂交,然后再对后代进行杂交,培育出具有每个物种基因组区域的第二代杂交小鼠。

当研究小组开始识别基因组中与物种间行为差异相关的区域时,他们发现有些影响是性别特异性的,但有些区域似乎会影响一些行为。

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“我发现非常有趣的是,我们发现不同的基因可以解释父亲和母亲照顾的进化,”本戴斯基说。“这很有趣,因为它告诉我们,如果一个群体中的某些突变增加了母性关怀,它可能不会影响男性的行为。所以这些行为可能是独立进化的。”

霍克斯特拉补充说:“另一个重要的结果是,有些区域会影响多种性状,而另一些区域则会产生非常特殊的影响。”“例如,我们发现一个区域影响舔食、拥挤、处理和检索,而另一个区域只影响筑巢。”

本戴斯基转而寻找可能与父母行为有关的个体基因。

霍克斯特拉说:“我们研究了大脑中一个叫做下丘脑的区域的表达,下丘脑在社交行为中起着重要作用。”“具体地说,我们正在研究哪些基因在这两个物种之间表现出不同的表达。虽然每个区域可能包含数百个候选基因,但只有少数符合这些标准。”

她说,几乎就在同时,一个产生加压素的基因——过去发现的与田鼠社会行为有关的通路的一部分——突然出现在它们面前。

为了测试抗利尿激素是否会影响父母的行为,本德斯基给雄性和雌性oldfield小鼠注射了一定剂量的抗利尿激素,结果发现这两种小鼠的筑巢行为都有所下降。与凯瑟琳•杜拉克(Catherine Dulac)的实验室合作进行的一项类似实验证实了上述结果。杜拉克的实验室使用基因工具来操纵实验室小鼠体内加压素神经元的活动。

这些发现也为研究父母行为中涉及的神经回路打开了一扇新的大门。

本戴斯基说:“这让我们能够更好地理解分子结构。”“我们可以看到大脑中发生了什么,而不是抽象地……但我们可以说,加压素从下丘脑的这部分流向大脑的另一部分,因此我们可以看到大脑是如何组织的。”

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