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Science:线虫应对群体密度过大的重要机制

来源:新华网 2010-09-26 15:28

在过分拥挤的人群里,气味往往不会太好,令人想赶紧离开。日本科学家发现,生活在土壤中的一种小虫子——秀丽隐杆线虫也会因为气味问题而离开拥挤的地方。

不过,线虫的这种行为并不仅仅是为了寻求宽松一点的空间,而是生物应对“人口问题”的重要机制。

东京大学研究生院教授饭野雄一率领的研究小组在浅盘中培养了数十条秀丽隐杆线虫,让其长时间暴露在群体分泌的外激素中,结果发现它们出现了离开原来群体的趋势。相关论文发表在24日出版的美国《科学》杂志上。

外激素又称信息素,是生物分泌出来的具有挥发性的化学物质,能在同种动物的不同个体之间通过嗅觉作用传递信息,引起行为或生理上的变化。比如许多昆虫运用外激素吸引异性从遥远的地方赶来“约会”。

秀丽隐杆线虫是一种很小的蠕虫,全身透明,居住在土壤中,以细菌为食,是生物学研究重要的“模式生物”。此前研究曾发现,秀丽隐杆线虫是通过外激素浓度来认识周围同伴的。

饭野雄一等人发现,外激素控制着与线虫气味偏好有关的蛋白质合成。当周围的外激素增加时,线虫体内决定气味偏好的一种小蛋白质的合成量就会下降,并且有一种酶会参与分解这种蛋白质,使线虫暂时对以前喜欢的气味感到厌烦,从而离开原来的群体。

人们此前就发现动物界里广泛存在这样的离群现象:一个动物群体的“人口密度”越高,个体离开原有群体的比例也越高。因为一块栖息地里的食物等资源是有限的,过高的“人口密度”会带来激烈的竞争,适时远离这样的竞争,可以提高生存机会。

日本科学家的上述研究证明,通过外激素进行的气味偏好调节,可能是实现这种离群行为的方法之一。饭野雄一指出:“外激素对气味偏好产生作用,扩大了种群生存的可能性。”(生物谷Bioon.com)

原文摘要:

Science DOI: 10.1126/science.1192020

Olfactory Plasticity Is Regulated by Pheromonal Signaling in Caenorhabditis elegans

Koji Yamada,1 Takaaki Hirotsu,1,2 Masahiro Matsuki,1,* Rebecca A. Butcher,3, Masahiro Tomioka,1 Takeshi Ishihara,2 Jon Clardy,3 Hirofumi Kunitomo,1 Yuichi Iino1,

Population density–dependent dispersal is a well-characterized strategy of animal behavior in which dispersal rate increases when population density is higher. Caenorhabditis elegans shows positive chemotaxis to a set of odorants, but the chemotaxis switches from attraction to dispersal after prolonged exposure to the odorants. We show here that this plasticity of olfactory behavior is dependent on population density and that this regulation is mediated by pheromonal signaling. We show that a peptide, suppressor of NEP-2 (SNET-1), negatively regulates olfactory plasticity and that its expression is down-regulated by the pheromone. NEP-2, a homolog of the extracellular peptidase neprilysin, antagonizes SNET-1, and this function is essential for olfactory plasticity. These results suggest that population density information is transmitted through the external pheromone and endogenous peptide signaling to modulate chemotactic behavior.

1 Department of Biophysics and Biochemistry, Graduate School of Science, University of Tokyo, Tokyo 113-0032, Japan.

2 Department of Biology, Graduate School of Science, Kyushu University, Fukuoka 812-8581, Japan.

3 Department of Biological Chemistry and Molecular Pharmacology, Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA.

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