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研究将特定基因与不良的社会行为联系起来

动物是依靠群体行为来生存的,无论是鱼游在一起避免掠食者还是人类彼此共享知识。但是,尽管这种社交互动非常重要,但科学家们对指导集体行为的生物过程并不了解。

在iScience上发表的一项新研究中,哈佛大学和马克斯·普朗克动物行为研究所的研究人员开发了一种新的方法来研究基因如何影响集体行为。他们以斑马鱼为模型,着手建立遗传突变与行为之间的联系。

“我们有兴趣回答一个基本的生物学问题:为什么动物成群生活?” 哈佛大学干细胞与再生生物学教授马克·菲什曼说。“为了寻找影响集体行为的基因,我们关注与精神疾病有关的基因突变,这些疾病具有社会行为成分,包括自闭症和精神分裂症。”

研究小组发现,在具有与人类精神疾病相关的特定基因突变的鱼类中,群体行为发生了变化。这些发现为神经精神疾病(如躁郁症,自闭症和抑郁症)的新一代研究铺平了道路。

追踪个人互动

研究人员测试了90个不同的基因,以查看它们是否影响斑马鱼的社交行为,使用基因编辑一次突变一个基因。对于每个基因突变,研究人员将编辑过的鱼放在一个大罐子中,以观察它们如何相互作用。

鱼以协调的方式运动。图片来源:哈佛大​​学

Fishman说:“我们使用计算机视觉来跟踪单个鱼并分析它们之间的相互作用。” “通过记录鱼之间的相互作用是如何改变的-不管它们是相互远离还是相互依存-我们可以看到群体行为的整体模式是如何变化的。”

研究人员发现了几种对鱼类种群行为有显着影响的遗传突变。通常,斑马鱼将大部分时间花在动态移动的小组中,当所有人以协调的方式一起移动时称为“学校”,而在定向较少的小组中则称为“浅滩”。一些突变影响了这些群体,例如,导致鱼类散布在整个水箱中,或者挤在一起。

马克斯·普朗克动物行为研究所所长,生物多样性和集体行为主席伊恩·库赞(Iain Couzin)表示:“我们开发了新的计算工具来跟踪和分析动物之间的行为,这为调查遗传因素如何影响集体行为提供了有力手段。康斯坦茨大学。“这是发展对社会行为遗传基础的机械理解的第一步,并且更清楚地了解特定的神经缺陷如何以行为方式影响行为。”

“有关群体行为的许多问题从根本上就避开了生物学家:领导和追随者的本质是什么?个人性格特征(如大胆,害羞和善于社交)如何对整体群体行为做出贡献?是什么促使整合和个性化? ” 菲什曼说。“这项研究使我们深入了解了可能有助于我们在个人层面上理解群体行为的方法。”

除了追踪游泳模式,菲什曼还计划深入研究斑马鱼生物学,研究神经元活动和基因表达如何与行为改变联系起来。

此外,菲什曼(Fishman)认为,斑马鱼模型可能会在未来测试潜在的精神疾病药物方面有用。菲什曼说:“也许可以保护从鱼类到人类的基因,这些基因可以指导群体行为,尽管它们以特定物种的方式发挥作用。” “如果是这样,可以想象斑马鱼的 群体行为将帮助我们更好地了解精神病,甚至为发现这些目前治疗不佳的疾病提供治疗方法。”

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