虽然嗅觉在人类的社交互动中发挥着重要作用——例如，发出恐惧信号或产生亲密感——但对于蚂蚁来说，它至关重要。纽约大学和佛罗里达大学的研究人员发现，一种名为 Orco 的关键蛋白质对嗅觉细胞的功能至关重要，对蚂蚁细胞的生存也至关重要。
他们的研究表明，突变Harpegnathos saltator跳蚁的orco基因会显著减少嗅觉神经元的数量，这表明 Orco 是这些细胞发育和生命所必需的。该研究结果发表在《科学进展》上，为动物社交的细胞和分子基础提供了见解。
“了解神经系统如何发育是现代神经科学面临的最紧迫的挑战之一，”纽约大学生物系博士后研究员、该研究的第一作者 Bogdan Sieriebriennikov 说。
嗅觉和变异蚂蚁
由于使用信息素进行交流，蚂蚁已经进化出大约 400 种嗅觉感受器——这个数量比大多数其他昆虫更接近人类。
“蚂蚁和人类一样，具有高度的社会性，表现出合作的社会行为，因此为研究感官介导的社会行为提供了一个理想的系统，”佛罗里达大学生物学助理教授、该研究的资深作者华岩解释说。“扩展的嗅觉受体基因使蚂蚁能够在拥有数百、数千甚至上百万个个体的大型社会中相互‘交谈’。”
即使对于依靠其他感官进行交流的人类来说，嗅觉也是至关重要的。
严补充道：“嗅觉受体神经元功能丧失会导致嗅觉缺陷，并常常与社会孤立、精神分裂症等神经系统疾病以及自闭症等社交障碍有关。”
为了更好地了解蚂蚁的嗅觉如何影响它们的社交互动，纽约大学的研究人员之前利用 CRISPR 编辑了orco基因，创造了第一批转基因蚂蚁。这些“突变”蚂蚁缺乏 Orco 蛋白，它们的嗅觉器官发生了变化，难以互动。
“我们发现，触角——蚂蚁的‘鼻子’——的细胞非常少。它们几乎是空的，这表明突变蚂蚁体内缺乏感知嗅觉的细胞，”颜教授说道。
神经元存活依赖于 Orco
在《科学进展》杂志上发表的新研究中，研究人员利用蚂蚁触角的单核基因表达谱和荧光显微镜分析嗅觉细胞的发育。结果表明，缺乏 Orco 的突变昆虫在成年之前会失去大部分嗅觉神经元。
“这些细胞似乎正常生成，并开始发育——生长、改变形状，并启动它们以后需要的某些基因，例如嗅觉受体，”Sieriebriennikov 指出。“一旦发育中的细胞启动嗅觉受体，它们很快就会开始大量死亡。”
这种神经元死亡可能是压力造成的。由于突变蚂蚁的嗅觉受体无法与 Orco 形成复合物并到达细胞膜，新产生的受体会堵塞细胞器，导致压力和死亡。
这种神经元死亡也可能表现出群居昆虫特有的模式。“到目前为止，这些独特的过程还没有在独居昆虫身上发现过，这可能为神经发育进化以适应嗅觉受体基因的扩展提供了重要证据，”佛罗里达大学博士生、这项研究的共同第一作者凯莉·西伯尔说。
有趣的是，一些嗅觉受体即使没有 Orco 也能存活下来。它们所在的细胞也表达了其他类型的受体，这表明它们促进的活动对于神经元发育至关重要。
“一些神经元必须定期‘激发’才能正常发育。如果没有 Orco，嗅觉细胞就无法‘激发’并完成发育，从而导致其死亡，”Sieriebriennikov 说道。
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