小圆虫的神经系统揭示性别差异对行为及繁殖的影响

拥有 302 个神经元的雌雄同体圆虫，其中 200 个位于其头部，显示出惊人的性别特异性神经系统差异，以及这些差异如何影响行为、生殖和衰老。东北大学的研究人员比较了雄性及雌雄同体秀丽线虫（Caenorhabditis elegans）的脑部活动，这种微小的蠕虫在生物研究中被广泛使用，以了解性别如何影响雄性和雌性神经系统的不同。其研究发表于《当前生物学》（Current Biology）期刊，显示几乎每个化学感觉神经元对于至少一种化学信号的反应均因动物的性别而异，“这表明性别二形性电路普遍存在且依赖于刺激”，

研究人员在研究中写道。由于雄性和雌雄同体的神经系统在信息处理上显示出广泛的差异，首席研究员告诉东北大学，他们的核心问题在于脑部结构如何与脑部功能相关联。

神经系统的性别差异

在长度为 1 毫米的透明雌雄同体秀丽线虫中，根据东北大学的资料，其神经系统中拥有 302 个神经元，而雄性则约有 387 个。东北大学的物理学副教授 Vivek Venkatachalam 解释，这些蠕虫主要是化学感觉动物，重度依赖嗅觉和味觉。研究人员在蠕虫遇到化学刺激（包括气味、盐和信息素）时，监测各个神经元的反应。通过钙成像技术，该技术可测量神经元内钙水平的变化，他们追踪了动物头部神经活动的变化。

该团队发现，感官反应不仅在性别之间存在差异，且也依赖于刺激。“我们已经知道雄性和雌雄同体蠕虫的神经系统在某种程度上是不同的，但一个接线图只能告诉你脑部实际运作的部分”，东北大学的生物学副教授 Javier Apfeld 在东北大学报告中表示。

感官反应的性别特异性

团队发现，感官反应不仅因性别而异，还因刺激而异，并在与进食和消化相关的神经元中识别出性别特异性的反应。“这种二形性和单形性活动在下游中介神经元中存在的程度较低，而在运动神经元中的程度则更低，这表明感官神经元是性别二形性活动的主要来源和位置”，研究人员报告指出。研究人员还调查了神经活动的差异是否与神经元之间的物理连接差异相对应。科学家们将蠕虫观察到的神经活动与之前发表的突触连接图谱进行比较，或称连接组（connectomes）。

研究人员发现，神经元的功能差异与其物理连接的差异是不同的。换句话说，研究人员调查了神经活动是否与神经元之间的物理连接相对应。他们发现结构差异并不预测功能改变。

“我们测量的功能活动与两性发表的突触连接组进行比较，显示功能连接的性别二形性与突触连接的性别二形性是不同且互补的”，研究指出。这些发现可能为调查其他物种的神经系统性别差异提供基础。然而，Venkatachalam 警告说，来自蠕虫的结果不一定能直接应用于人类。“目标是学习全球适用的神经计算原则”，他在东北大学新闻中总结道。

小圆虫研究揭示神经系统性别差异的意义

这项研究深入探讨了雌雄同体圆虫的神经系统，揭示了性别如何影响其行为和生殖。研究结果显示，神经元的功能差异并不完全依赖于物理连接，这一点挑战了传统观念。通过分析感官反应，科学家们发现性别二形性在神经系统中扮演重要角色。这些发现不仅增进了对圆虫神经系统的理解，也可能为未来研究其他物种的性别差异提供参考，进一步推动神经科学的发展。