今年夏天，當(dāng)你粉碎入侵廚房的果蠅時，請花點(diǎn)時間尊重它們。

黑腹果蠅（來源：哥倫比亞祖克曼研究所）

打蒼蠅的季節(jié)到了。您剛將新鮮草莓放在廚房柜臺上，只果蠅就會到達(dá)。一排果蠅小伙伴很快就會在戰(zhàn)利品周圍徘徊。

如果您選擇拍打、滑動、拍打、反手或以其他方式追求您的殺蟲傾向，請不要浪費(fèi)學(xué)習(xí)時間。你需要做的就是接受那句永恒的格言：了解你的敵人。作為實驗室的主食，果蠅已被證明是生物靈感和關(guān)于大腦和身體如何發(fā)育和功能的知識的源泉。

課：果蠅存在的時間比我們長得多——長得多！

有可能的是，您將在您擺脫內(nèi)部果蠅的熱情中慘遭失敗。這并不是說你不擅長排列你的致命一擊。大約 4000 萬年來，進(jìn)化一直在磨練蒼蠅微小的大腦、翅膀、感覺系統(tǒng)、肌肉組織和內(nèi)臟器官。這比我們智人從我們的南方古猿祖先進(jìn)化而來的時間還要多 3800 萬年。果蠅進(jìn)入進(jìn)化學(xué)校的時間比人類長得多。 

第二課：果蠅在科學(xué)界有追隨者。

20 世紀(jì)初，哥倫比亞大學(xué)遺傳學(xué)史上的巨人托馬斯·亨特·摩根（Thomas Hunt Morgan）是早接受這一不知情的科學(xué)禮物的研究人員之一。1910 年，在阿姆斯特丹大街的 Schermerhorn Hall，摩根注意到他可以很容易地發(fā)現(xiàn)突變，例如白色的大眼睛，而不是蒼蠅通常的紅色大眼睛。他和他的實驗室伙伴學(xué)會了如何將這些物理突變與位于昆蟲染色體上的特定基因片段聯(lián)系起來。

從那時起，這些小型節(jié)肢動物一直是深受喜愛和富有啟發(fā)性的研究伙伴。對于我們對遺傳學(xué)、遺傳、生物發(fā)育、感官科學(xué)、許多疾病和無數(shù)其他生物學(xué)方面的了解，我們要感謝果蠅。近對果蠅研究界的一項調(diào)查表明，估計有 6,000 多名“全球果蠅工作者似乎很保守”。

第三課：果蠅是小胡迪尼。

當(dāng)面臨威脅時，果蠅幾乎可以立即做出反應(yīng)。為了做出基本的回避動作，即使在幼蟲階段，昆蟲也必須跟蹤其身體在太空中的位置。這種所有動物共有的身體位置感覺被稱為本體感覺。例如，它可以讓人類在不直視的情況下知道他們的四肢在哪里，并在任何運(yùn)動中進(jìn)行微調(diào)，比如伸手去拿草莓。

熒光標(biāo)記揭示了蒼蠅幼蟲的感覺細(xì)胞。（來源：格魯伯實驗室；祖克曼研究所）

哥倫比亞 Zuckerman 研究所的Wesley Grueber 博士和他的同事發(fā)現(xiàn)，果蠅中的一組感覺細(xì)胞使其能夠在運(yùn)動過程中跟蹤不同身體區(qū)域的位置。 

Grueber 博士指出，當(dāng)蒼蠅做出那些讓你在廚房里咒罵的航空逃生序列時，類似的細(xì)胞和電路可能會啟動。也就是說，除非你巧妙地反手擊碎逃跑的果蠅，否則它們先前華麗的形式和功能結(jié)合會變成熵?zé)o功能的污點(diǎn)。  

第四課：果蠅有 1,600 只眼睛，差不多。

如果你能從被拍過的果蠅的580,000 個左右的細(xì)胞中挑選出來，你會發(fā)現(xiàn)至少有 800 個捕光面或小眼，構(gòu)成了一只果蠅的每只眼睛。您可能還會發(fā)現(xiàn)構(gòu)成果蠅神經(jīng)系統(tǒng)的 200,000 個神經(jīng)元的殘骸，以及它用來觀察世界的電路。

您還將徘徊在 Zuckerman 研究所的首席研究員Rudy Behnia 博士的領(lǐng)域。除其他外，Behnia 博士一直在梳理  構(gòu)成果蠅色覺基礎(chǔ)的細(xì)胞電路和計算。Behnia 博士說：“世界上的光譜信息非常豐富，蒼蠅可以將其用于物體識別”，以及確定中的時間并根據(jù)天空顏色的太陽位置線索進(jìn)行導(dǎo)航。

從你可怕的擊飛平均擊球率可以看出，你的昆蟲敵人知道你的兇手即將到來。該信息來源于果蠅視覺系統(tǒng)中內(nèi)置的信號延遲電路。如果初的感覺信號在小眼之間發(fā)生變化，就像當(dāng)你的手在蒼蠅的視野中掃過時那樣，在蒼蠅大腦深處產(chǎn)生的信號模式會攜帶關(guān)于你的手移動方向的信息。 

現(xiàn)在加上蒼蠅的趨光性，它發(fā)揮了探測和移動紫外線的訣竅，你就有了逃生計劃的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)。“由于自然界中的大多數(shù)物體反射而不是吸收紫外線輻射，因此天然紫外線的主要來源是開闊的天空，”Behnia 博士解釋說。這意味著，如果你是一只果蠅，并且你察覺到不祥之兆正在向你襲來，你只需要跟隨那條紫外線到達(dá)開闊的天空。

第五課：果蠅做令人費(fèi)解的數(shù)學(xué)，全在他們的腦海里。

為了在世界上規(guī)劃它們的路線，并在危險時期逃離軌跡，果蠅使用外部參考點(diǎn)，例如太陽的位置，以及嚴(yán)肅的心算。

“蒼蠅正在做三角學(xué)，”祖克曼研究所理論神經(jīng)科學(xué)中心的聯(lián)合主任拉里·阿博特博士說。“這太不可思議了?！?/span>

蒼蠅的心理計算從表示向量開始，數(shù)學(xué)箭頭的角度和長度本身代表運(yùn)動的方向和速度。Abbott 博士和他的同事發(fā)現(xiàn)，果蠅使用大腦活動的波狀模式來編碼這些向量。這些神經(jīng)波模式的幅度和相位與實際空間中相應(yīng)向量的長度和角度相匹配。

“蒼蠅執(zhí)行通常在物理入門課程中分配的矢量計算類型，但它們以此類課程中通常不教授的方式執(zhí)行此操作，”Abbott 博士說，并補(bǔ)充說他期待著今年夏天晚些時候的到來，致祖克曼研究所的新同事格溫妮絲·卡德博士。她將研究蒼蠅使用的神經(jīng)回路，以準(zhǔn)確決定采取何種逃避反應(yīng)，例如，當(dāng)一只具有威脅性的人手侵犯了它們的個人空間時。 

第六課：讓人類長出蒼蠅的基因。

一只蒼蠅包含 50 萬個細(xì)胞，分布在 200 多種細(xì)胞類型中，并組織成從頭部前部的觸角到后部的毛發(fā)的身體部位。得益于Hox家族中僅有的八個基因：發(fā)育的主要指揮者，這種復(fù)雜的身體計劃從受精卵中出現(xiàn)。

熒光標(biāo)記區(qū)分特定 Hox 基因的幼蟲位置。（來源：曼恩實驗室；祖克曼研究所）
 

經(jīng)過多年的研究，另一位研究果蠅的 Zuckerman 神經(jīng)科學(xué)家Richard Mann 博士一直在梳理Hox基因、轉(zhuǎn)錄因子和許多其他基因和蛋白質(zhì)如何根據(jù)生物發(fā)育的精彩邏輯來協(xié)調(diào)它們的飛行壯舉. 曼恩博士說，科學(xué)家們從果蠅等模式生物中了解到的這種邏輯通常指向人類的類似發(fā)育邏輯。他強(qiáng)調(diào)，人類和果蠅的遺傳共同點(diǎn)超出了發(fā)育基因。Mann 說：“在果蠅中也發(fā)現(xiàn)了如此多的人類基因，而且在果蠅中也發(fā)現(xiàn)了大多數(shù)人類疾病基因。” 

第七課：果蠅是遺傳和細(xì)胞音符的交響曲。

Zuckerman Institute 首席研究員Minoree Kohwi 博士從果蠅基因中提取更多生物學(xué)見解。她一直在確定發(fā)育基因在生長果蠅的連續(xù)幾代細(xì)胞中變得活躍的特定地點(diǎn)和時間。

“把每個基因想象成一個單一的音符：一個音符本身就是一個孤立的聲音，但在正確的時間播放每個音符，持續(xù)正確的時間，你就會得到一首優(yōu)美的交響樂，”科維博士說。

綠色染色顯示成神經(jīng)細(xì)胞，它們是成為神經(jīng)元的前體細(xì)胞，特別是在蒼蠅胚胎的神經(jīng)索中；洋紅色染色點(diǎn)亮了位于神經(jīng)索內(nèi)外的成神經(jīng)細(xì)胞。（來源：Kohwi 實驗室；祖克曼研究所）

她打算回答的一個大問題是：“成千上萬種不同的細(xì)胞類型是如何以如此有組織的方式產(chǎn)生的，以允許正常的大腦功能。”

Kohwi 博士的實驗室正在揭示蒼蠅大腦中許多不同細(xì)胞類型的起源，從而幫助揭示她自己大腦中類似細(xì)胞多樣性的起源。她的研究通過揭示發(fā)育基因如何以及何時遷移到細(xì)胞核內(nèi)的不同位置，深入挖掘生命的分子基礎(chǔ)。這些遷移調(diào)節(jié)特定發(fā)育基因何時活躍以及何時被抑制。Kohwi 博士說，這些開關(guān)序列“終決定了在發(fā)育過程中何時可以制造出每種腦細(xì)胞類型?！?/span>

擠壓奇跡

很少有果蠅研究人員會三思而后行地用致命的力量保護(hù)他們桌上的新鮮水果。但是因為他們對果蠅的奇妙了解，當(dāng)你聽到thwap的聲音時，你可能會看到他們臉上閃過一絲對蒼蠅的欽佩。