《Current Opinion in Behavioral Sciences》:Evolution of neural circuits in the origin of behavioral novelty
編輯推薦:
本文聚焦行為新異性起源的神經回路基礎,探討兩種非互斥機制。一是運動模塊重新部署,經決策與運動程序節點轉換用于新情境;二是激活祖先回路潛在能力編碼新行為模式,揭示神經系統演化新行為的潛力,為理解行為演化提供思路。
引言
在進化生物學領域,探究新奇復雜性狀的起源一直是重要課題。而新奇行為的產生,從獨特求偶展示的演變到真社會性(eusociality)這類重大創新,是構建自然界動物生命復雜性與多樣性的基礎過程。行為由神經回路功能產生,那么當新奇行為出現時,神經回路如何變化就值得研究。
以往有許多綜述探討行為進化的神經基礎,但本文重點在于整合近期研究,理解讓新奇行為出現的回路原理,尤其是那些在進化中為祖先行為庫增添新內容的行為,而非祖先行為的喪失或多樣化。
本文采用一種基于前人研究修改后的定義,將行為新異性寬泛地定義為 “在一個譜系進化過程中出現的新行為,或先前存在行為的新奇組合,且在很大程度上與祖先行為存在差異” 。
接下來,本文會先討論一種解釋表型新異性的成熟機制 —— 共選擇(co-option),即現有性狀承擔新功能,并闡述其在神經回路層面可能的原理。然后,基于近期研究,探討現存神經回路或許具備編碼新奇行為模式的巨大潛在能力,這種潛在能力的激活可能是產生行為新異性的常見途徑。文中大多以社會行為為例,不過所討論的原理可能也適用于其他本能行為。
運動模塊的共選擇
共選擇長期以來被視為新奇性狀出現的一種機制。在行為層面,眾多實例支持這一觀點,例如許多研究發現祖先行為和新進化行為在運動模式上存在相似性。像一些鳥類的求偶鞠躬行為,被認為是準備跳躍時下蹲姿勢的儀式化形式;棘魚(stickleback fishes)低頭的威脅姿勢,可能是從挖掘行為演變而來。這些例子表明,現有運動模塊可以在新的感覺 - 社會情境中重新部署,通過連接決策和運動程序的回路節點的轉換來實現。
祖先潛在回路潛能的實現
除了共選現有運動模塊,多項研究表明,現存神經回路可能具有編碼新奇行為模式的能力,這些模式在進化過程中才會表達出來,這里將這種能力稱為潛在潛能(latent potential)。下面從三個方面探討潛在潛能的存在及其在行為新異性進化中的意義。雖然具體神經基礎尚未完全明確,但這一概念為理解行為進化提供了新視角,即神經回路中可能隱藏著許多未被表達的行為編碼,等待合適的進化契機展現出來。
結論與展望
行為的進化不僅受選擇壓力影響,還與進化歷史緊密相關。本文討論的兩種通往行為新異性的神經途徑 —— 通過靈活的整合節點重新部署共選的運動模塊,以及實現潛在回路潛能,凸顯了歷史因素如何在神經系統中發揮作用,塑造通往新異性的進化軌跡。過去的適應和事件深刻影響了神經系統的現有特征,為新行為的進化奠定基礎。未來研究可以進一步探索這些神經機制在不同物種、不同行為類型中的普遍性和特異性,以及它們與環境因素的相互作用,從而更深入地理解行為進化的奧秘。