果蠅在危險存在時的環境反應

在生活中遇到果蠅時，我們的手靠近就會使他們抱頭鼠竄，很明顯的是因為我們的舉動對他們造成了威脅。的確，遇到比自己體型大數百倍的存在迫近自己，幾乎所有生物都會有恐懼，但很多時候我們只是轉個頭或往果蠅所在位置以外的方向移動，也會驚動到他。這樣的狀況就十分有趣了，果蠅為什麼會有如此大的應激反應呢?很可能就是因為這整個環境對他們來說具有相當大的威脅性，所以任何一點風吹草動都會成為他們眼中的危險。

作為今天主題的這篇文章便是探討果蠅在受到一定程度以上的刺激後，對於周遭環境的厭惡反應。作者首先利用頻率為1Hz的吹氣(Puff)作為對果蠅的威脅，發現這會使果蠅表現出遇到危險時的其中一種反應—運動行為的增加(圖2)，而且在吹氣過後果蠅會對顯現在其視角60度內的視覺標的物產生厭惡感，進而躲避他(圖3)，這是一種由吹氣引起的視覺上之厭惡感，在文章裡簡稱為吹氣引導式視覺厭惡(puff-gated visual aversion)。

圖1. 測試吹氣跟吹氣後呈現在LED螢幕上的視覺標的物對果蠅影響的裝置

圖2. 吹氣作為威脅引發的果蠅運動行為的增加

圖3. 果蠅在吹氣威脅後會主動視覺偏離標的物

在得知果蠅的這項行為後，作者接著去探討內部的分子機制，藉由去除一些神經肽的功用，發現在Tachykinergic neurons (Tk)失去功用(利用GAL4使其失去作用)的情況下會無法觀察到吹氣引導式視覺厭惡的發生，因此得知Tk-GAL4^2是辨明吹氣引導式視覺厭惡的分子機制之第一步。而在Tk的子集合當中，VGluT神經在經過GAL80處理後證實他可以復原到吹氣引導式視覺厭惡的發生。(圖4)

圖4. Tk-GAL4^2∩VGluT神經路徑對視覺厭惡發生的機制

下一步就是Tk-GAL4^2∩VGluT神經是如何把他們的訊息轉換成吹氣引導式視覺厭惡的?經過在對吹氣後的腦波分析過後，作者發現視覺厭惡的產生跟Tk-GAL4^2∩VGluT神經接受到威脅後產生的Theta(4-8Hz)振盪有著因果關係；只有在Tk-GAL4^2∩VGluT神經接受到吹氣的威脅後，視覺資訊才會因為Theta振盪的增加使其對Tk-GAL4^2∩VGluT神經有影響力。(圖5)

圖5. 總機制圖: 當吹氣威脅存在時，視覺標的物才會使Tk-GAL4^2∩VGluT神經增加Theta振盪，進而誘導視覺厭惡的發生

撰文：陳意融

Reference:

Tsuji, Masato, Yuto Nishizuka, and Kazuo Emoto. "Threat gates visual aversion via theta activity in Tachykinergic neurons." Nature Communications 14.1 (2023): 3987.

https://www.nature.com/articles/s41467-023-39667-z