Cell子刊:社會隔離會影響大腦基因表達,破壞大腦發育

社會性動物(social animals)依靠與同種動物的互動來生存,個體作為群體的一部分而活動。

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撰文 | 王聰編輯 | 王多魚

排版 | 水成文

社會性動物(social animals)依靠與同種動物的互動來生存,個體作為群體的一部分而活動。我們常見的螞蟻、蜜蜂就是典型的社會性動物,我們人類自己也是社會性動物。作為社會性動物,如果個體與社會群體隔離,則會對個體的健康、壽命和生存産生不利影響。

在敏感的發育時期,社會隔離對個體産生的影響甚至更為深遠,例如在生命早期,此時的社會隔離可能強烈影響個人的“社交能力”,即根據社會環境變化調整行為的能力。這可能導致較差的發育或健康結果。例如,老鼠、魚、蒼蠅、蟋蟀等的社會隔離會增加它們的攻擊性。

近日,普林斯頓大學 Sarah Kocher 團隊(第一作者王燕,現為華盛頓大學助理教授)在 Cell 子刊 Current Biology 發表了題為:Isolation disrupts social interactions and destabilizes brain development in bumblebees 的研究論文。

這項研究發現, 社會隔離會擾亂將來的社交互動,影響大腦基因表達,破壞大腦發育

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越來越多的研究表明,社會隔離會影響蜜蜂、螞蟻等社會性動物的行為和生理。在這篇論文中,研究團隊對熊蜂(bumblebee,一種體型粗壯的蜜蜂)進行了研究,以揭示社會隔離對社會性動物的個體、社會行為、基因表達和大腦發育的影響。

熊蜂生活在由大約100至20個工蜂和一個蜂王組成的社會群體中,在群體內,熊蜂個體在行為上表現出一致的差異,這些差異隨著時間和環境的變化而穩定。這些行為譜係是在成年後的前1-2周通過個體之間的成對和空間相互作用建立的。在這一時期,熊蜂的大腦在迅速發育。

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熊蜂(bumblebee)

為了確定社會隔離是否會影響它們的社會行為,以及如何影響它們的社會行為,研究團隊在生命早期發育階段通過實驗改變了它們所處的社會環境,然後單獨或與社會夥伴配對來分析熊蜂個體的行為。

研究團隊收集了尚未羽化的幼年熊蜂工蜂,並將它們分配到三種不同的環境中,與外部的聽覺、視覺和氣味隔離開, 分別是:

隔離環境 (isolation) :單獨一隻熊蜂被隔離;

集體環境 (group-housed) :4隻熊蜂一起被安置在群體環境之外;

群體環境 (colony-housed) :熊蜂個體被安置在正常的群體環境中。

在上述環境中,這些熊蜂被連續飼養9天。被單獨隔離的熊蜂是在完全沒有社會經驗的情況下被飼養,而集體環境和群體環境中的熊蜂則經歷了不同程度的社會化。 在羽化後第10天,對它們進行行為分析,並收集組織用於下游分析 (基因表達和大腦發育形態) 。

首先,行為分析顯示,這三種不同環境下的熊蜂的個體,在獨自狀態下,會表現出不同的個體行為特徵。然後,將它們各自與其他熊蜂配對,結果顯示,在集體環境和群體環境中發育的熊蜂表現出相似的行為,而在隔離狀態下發育的熊蜂表現出更多的社會互動,它們與配對的熊蜂産生了更多的近距離接觸。

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為了確定這些差異的神經生物學相關性,研究團隊進一步檢測了它們的大腦中的基因表達情況,以及關鍵大腦區域的體積。

檢測分析結果顯示,社會隔離擾亂了熊蜂的神經基因組表達,隔離環境下發育的熊蜂與集體環境下發育的熊蜂相比,存在27個基因表達的顯著差異,隔離環境下發育的熊蜂與群體環境下發育的熊蜂相比,存在94個基因表達的顯著差異。而集體環境下發育熊蜂與群體環境下發育的熊蜂則沒有基因表達的顯著差異。

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鋻於社會隔離對大腦基因表達産生了廣泛影響,研究團隊接下來檢測了社會隔離是否影響了大腦發育,通過共聚焦成像建立了熊蜂的帶註釋的大腦模板。結果顯示,隔離環境、集體環境和群體環境下發育的熊蜂,它們大腦各區域的平均體積是相似的,其中集體環境和群體環境下發育的熊蜂不同個體間的大腦區域體積很相似,同質性很高。而隔離環境下發育的熊蜂不同個體間的大腦區域體積存在很大差異,具有明顯異質性。這表明, 社會隔離確實破壞了熊蜂的大腦發育,社會隔離環境中的熊蜂的大腦發育軌跡不穩定且隨機。

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總的來説,這項研究發現,社會隔離會增加社交互動,並影響大腦基因表達,破壞大腦發育。該研究還發現,在小群體環境中有限的社會經驗,也足以維持大腦發育和社會行為。

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Z. Yan Wang

Z. Yan Wang 在推特上表示,這項關於社會隔離對行為和大腦影響的工作在 Current Biology 發表,是自己在普林斯頓大學博士後生涯的一個很好的結束。目前,她是華盛頓大學心理學和生物學助理教授,此前,她分別在康奈爾大學和芝加哥大學獲得生物學本科學位和神經生物學博士學位,並在普林斯頓大學進行了博士後訓練。

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論文連結

https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.04.066

https://www.nature.com/articles/s41593-020-0695-6

https://twitter.com/ZYanWang/status/1526593832216932352

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