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西北大学的科学家们用来自不同气候的两种果蝇——一种来自北加州凉爽的高海拔森林，另一种来自西南部炎热干燥的沙漠——发现了它们处理外部温度的显著差异。
昆虫种群是食物链和授粉的基础，但在过去的20年里，由于快速的气候变化，它们的数量急剧下降。科学家们发现了两种来自不同气候环境（高海拔森林和炎热沙漠）的蝇类适应温度的两种方式。研究表明，大脑神经连接的变化和对热的敏感性增强分别促成了对热或冷条件偏好的转变。这些结果可能有助于预测持续的气候变化对昆虫分布和行为的影响。
美国伊利诺伊州埃文斯顿——像果蝇这样的小型冷血动物依赖环境来调节体温，这使它们成为衡量气候变化对动物行为和分布影响的理想“煤矿中的金丝雀”。然而，科学家们对昆虫如何感知和响应温度的了解相对较少。
科学家们使用了两种来自不同气候环境的蝇类——一种来自加利福尼亚北部凉爽的高海拔森林，另一种来自美国西南部炎热干燥的沙漠（它们都是普通实验室果蝇黑腹果蝇的近亲）——发现了它们处理外部温度的显著差异。
森林蝇对热的回避增加，这可能是因为它们触角中的分子热感受器的敏感性更高，而沙漠蝇则被热所吸引，这种反应可以追溯到蝇类大脑中一个区域的神经连接差异，该区域有助于计算感觉线索的正负价值（固有的吸引力或厌恶性）。科学家们认为，这两种机制可能伴随着每个物种的进化而出现，它们从4000万年前的一个共同祖先分化而来（这大约是在恐龙灭绝后不久）。
这些发现于3月5日发表在《自然》杂志上，有助于理解动物如何进化出对特定温度环境的偏好，并可能帮助预测快速变化的气候对动物行为和分布的影响。
“没有足够多的人关心昆虫。”西北大学神经生物学家Marco Gallio说，“昆虫尤其受到气候变化的威胁。行为是动物与环境之间的第一界面。在生存或灭亡的斗争之前，动物可以通过迁移和改变分布来应对气候变化。我们已经在许多地区看到昆虫种群的下降，甚至像寨卡病毒和疟疾这样的昆虫传播的疾病也在向新地区扩散。”
Gallio是神经生物学系的教授，也是温伯格文理学院分子生物学的Soretta和Henry Shapiro研究教授。他的实验室研究果蝇及其感知系统。Gallio承认，由于“没有足够多的人关心昆虫”，可用的数据有限，但现有的数据显示在过去20到50年中昆虫数量急剧下降。尽管昆虫的敌人可能会为此欢呼，但Gallio表示，地球上物种最多的动物类群的种群下降并不是值得庆祝的事情。
除了在大多数陆地食物链中处于基础地位外，昆虫还为70%的农作物授粉。Gallio说，失去昆虫群落可能会对全球生态系统造成灾难性损害，并直接影响人类福祉。
Gallio实验室之前的工作集中在小型昆虫（如实验室果蝇）如何响应无害和有害的温度变化等感觉线索。
“普通的果蝇是一种特别强大的动物，用于研究外部世界如何在大脑中被表征和处理。”Gallio说，“多年来对果蝇遗传学和神经科学的研究为我们提供了比其他任何动物更详细的大脑地图。”
在本研究中，Gallio和他的同事们想知道在非常相似的蝇类物种中，大脑回路和由此产生的行为如何比较，这些物种除了对热环境的选择外几乎没有其他区别。
利用包括CRISPR在内的遗传工具敲除某些基因和物种间的基因交换，研究团队研究了可能解释物种特异性温度偏好的分子和大脑机制。
论文的主要作者、博士研究生Matthew Capek解释说，他们首先发现了检测热的分子存在差异，导致它们在不同温度下被激活。尽管Capek表示，这种激活差异可以解释森林蝇对较冷环境的偏好，但仅靠受体激活的变化还不足以解释沙漠蝇的行为。
“沙漠蝇似乎被较温暖的温度所吸引——大约90华氏度，而森林蝇的舒适温度则略低于70华氏度。”在Gallio实验室工作的Capek说，“事实上，触角热传感器的激活阈值对应于它们喜欢的温度范围，它们会去寻找，而不是应该避免的温度。”
“换句话说，蝇类的行为不再像是触角在告诉它远离危险的热；它们似乎在告诉它高温是好的，应该接近它们。”
Gallio最初感到困惑——沙漠很热，所以蝇寻求热并不合理——但一次前往加利福尼亚州南部安扎博雷戈沙漠的实验室旅行提供了关键的灵感。
“这个地区的沙漠白天非常热，但当太阳下山时，温度可能会急剧下降，夜晚可能会非常寒冷。”该研究的关键作者之一、神经生物学研究副教授Alessia Para说，“在这种气候中，蝇可能需要不断地关注快速变化的温度，并始终寻找理想的温度范围，在白天寻找阴凉处，晚上则躲在仙人掌中取暖。”
来自更温和环境的果蝇可能会忽略温度，除非温度快速变化。从能量角度来看，不断地检测正确的温度成本很高，但对于沙漠果蝇来说，这是生死攸关的问题。
“这种比较工作在几个不同的方面都很有用。”Gallio说，“当动物出生时，大脑已经预先编程，知道它将遇到的许多东西是好是坏，而我们并不了解这种编程是如何工作的。这些蝇类物种代表了一个自然实验，因为对一个物种有益的刺激对另一个物种是有害的，我们可以研究使它们不同的地方。我们还希望更多地了解动物在进化过程中是如何适应不同温度的，以便我们能够更好地理解甚至预测它们对正在进行的气候变化的反应。当然，我们关心昆虫，我们希望我们学到的东西能帮助我们更好地欣赏和保护它们。”
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