失去性欲、产生同性性行为,或因一类神经元失常:"处男"动物是这样辨别性别的

作者: 杨心舟

来源: 环球科学

发布日期: 2019-02-01

研究发现,雄鼠的性别识别能力是天生的,源于一小簇神经元,而非后天学习。这些神经元在雄鼠中负责识别雌鼠,并在社交行为中发挥重要作用。实验显示,AB神经元在遇到不同性别的小鼠时表现出不同的活性,影响后续行为。阉割和失活AB神经元均会降低雄鼠的交配行为,表明其对性行为的强效控制。

雄鼠的性别识别能力是天生的,且被一小簇神经元控制。由于许多物种中不同性别的动物都有各自的特点,如艳丽的尾羽,庞大的身躯,嘹亮的声音。因此以往科学界认为,它们会通过学习这些特点来完成性别识别。但是今天发表在Cell的最新研究颠覆了这一认知,来自斯坦福大学的研究人员发现,“处男鼠”分辨一只陌生老鼠性别的能力是天生的,这种能力来源于基本的神经回路,而不是后天认知经历。

而控制的主体神经元只占据大脑神经元总数的十万分之三。

有性繁殖的动物在性社交行为中,会通过展示不同的特点吸引异性,这样能够增加繁殖的成功率。雌雄动物都会具有各异的标识特点,在后天的性经历中它们会通过观察和学习来区分谁是异性,谁更具吸引力,谁更值得交出自己的基因。雌孔雀会知道,尾羽艳丽的孔雀是雄性,并更值得交配;雌鸳鸯是灰色,而色彩斑斓的鸳鸯则是雄性,它们以此来获得异性的关注。

这就让我们不免产生了性识别是一种后天习得的错觉。今天在线发表在Cell期刊的文章就指出,在雄性动物中性别识别行为是与生俱来的,它就印刻在动物的一小部分神经元里。在毫无性经验的雄鼠中,第一次看见除母亲以外的雌鼠时,这部分神经元就会被激活,然后选择与其进行交配繁殖,这个识别时间不过短短几分钟就能完成,而并不需要社会经验认知。

许多对性激素敏感的组织都会产生芳香化酶,这种酶可以将雄激素转换成雌激素,后者是许多细胞内部性激素的活化形式。芳香化酶和雌激素对于性社交行为中具有重要作用。Shah,是本文的通讯作者,他在十年前的研究中就发现,这种酶在小鼠脑部几乎一半的区域都会出现。并且这些酶在脑中分布的区域也是“男女有别”,雄鼠和雌鼠并不一样。

在芳香化酶富集的脑神经区域里面,有一个被称作终纹床核(BNST)的区域引起了科学家极大的兴趣,因为雄性的BNST大小大约是雌性的两倍,并且该区域神经元密度在雄性中也要更大。已经有很多研究发现BNST中不同性别所表达的基因模式并非一模一样,因此显然易见该区域对雄性有特殊的影响。在过去已经有很多研究提示BNST区域与性行为密切相关,包括人类中也是如此。

针对BNST神经元的研究已经持续30年,目前的结果已经显示BNST神经元以及它们的一些功能性亚结构和分子对性激素都是很敏感的,并且它们会分布于影响性别行为的重要通路上。如果破坏了BNST的功能,那么会直接减弱雄性小鼠的性行为。

在BNST中有一小簇可以表达芳香化酶的神经元,被称作AB神经元。整个小鼠大脑大约有7500万个神经元,而AB神经元只占到2000个,分别在脑部两侧各分布1000个,不足十万分之三。而正是这占比极小的细胞影响了动物的性别识别能力。“在研究之前,几乎没人注意到AB神经元,”Saha说,“之所以如此,是因为它们散布在了其他更易识别的神经元之间。”

为了看清楚在各种社会行为中AB神经元到底发生了什么,Saha构建了一种新的老鼠品系,可以表达一种钙感应蛋白GCaMP6。通常芳香化酶表达过程都伴随着钙离子的释放,因此,通过检测GCaMP6的信号就能了解到移动小鼠AB神经元的状态。在雄性小鼠中都有自我领土意识,它们对任何入侵领地的陌生鼠的行为都是固定的,并且会根据性别来决定,“如果入侵的是一只雌鼠,它将试图吸引她,如果是雄鼠,它会选择来一场战斗。

”Saha表示。在实验中的结果和预期一样,研究团队将一只雌性小鼠扔到了“处男鼠”的笼子里,仅仅几分钟,“处男鼠”就决定要和其进行交配。而在另一组,扔进去一只雄性小鼠后,“处男鼠”选择马上发起攻击。

研究团队首先将一只雄性野生鼠扔进了“处男鼠”的领地,几乎在相遇的一瞬间,“处男鼠”的AB神经元就立马被激活,紧接着它会开始攻击这只入侵老鼠,在这一过程中AB神经元活性不断降低。接着Saha又尝试将一只雌鼠扔进了“处男鼠”的领地,前期刚刚相遇时AB神经元也同样立马被激活,并且“处男鼠”能短时间内就意识到这是一只雌鼠,并尝试与其进行交配。但这次AB神经元并没有就此降低,而是随着交配过程持续高涨。

在上两个实验中已经能看出,任何性别的小鼠扔进去之后AB神经元都会大幅上升。但是为何会导致不同的后续行为呢?Saha比较了同一只“处男鼠”遭遇不同性别小鼠时的反应,结果显示其在面对雌鼠时AB神经元反应要比面对雄性时更高。Saha认为这是AB神经元在向“处男鼠”传递对象性别的信息,从而影响了之后决定进行何种行为的决定。

但是AB神经元增强是不是性冲动造成的呢?Saha决定利用阉割“处男鼠”的方式来证明,小鼠被阉割后已经不再分泌睾酮,因此小鼠对雌鼠的兴趣大大降低,它们不再尝试去吸引雌性,也不会产生交配行为。同时,其对雄性的攻击性也降低不再具侵略性。但是研究者却观察到它们AB神经元的兴奋度不会改变,并且同样在遇见雌性时会表现更强的信号。

既然AB神经元已经先于性激素行动了,Saha同样检测了在性功能完整时将其失活是否会影响后续性行为。小鼠的行为结果显示,在利用化学试剂将AB失活后,“处男鼠”变得同阉割鼠一样,产生交配行为的比例越来越低,几乎没有雄鼠会选择完成射精最后一步。所有上述的实验结果都展现出AB神经元对性行为的强效控制,因此实验中同样尝试了将这种强控制器增强会产生怎样的结果。

他们模拟了以往实验中增强AB神经元的方法,用一种特殊波长的光照照射小鼠。在将陌生雄鼠扔进“处男鼠”领地之后,Saha打开了特殊光源,令人惊奇的一幕出现了,“处男鼠”变得不再去攻击陌生雄鼠,而是展开了性行为的一部分。

AB神经元的这种功能似乎只是局限于雄性之中,在雌鼠中无论发生怎样的行为,AB神经元的活动都不会有波动,即使将AB神经元全部失活也不会改变雌性小鼠的社交行为。“这些神经细胞在雌性小鼠中的作用还并不清楚,”Saha表示,“她们显然在用另一套神经系统来进行性别识别。这还是个未知领域。”

Saha的实验目前已经部分解释了性识别是先天性行为,因为只在雄性中成立,而雌性这一半正等待科学家去挖掘。而在不断深挖的过程中,男女大脑展现出的不同状态也暗示着,不同性别进行社交行为选择时,从根本上来讲走的就不是一条路,因此最后才会出现“男女有别”的结果。Saha目前也正着手探寻这另外这一条路在哪里,找到缺失的最后一块拼图。

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