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2013年,在《自然》杂志上刊登了一项由美国、德国和瑞士科学家团队共同撰写的最新研究。 研究人员发现一种名为“Hox”的基因家族能够控制昆虫的头部发育。这个基因家族的成员,有的能让昆虫脑袋变大,而有的则能使昆虫脑袋变窄。

研究负责人,苏黎世联邦理工学院的Thomas Häussler教授说道:“这些基因对于理解头部的生长非常重要。通过操纵它们来改造害虫,也许能为防治植物有害生物提供新策略。”

这项研究调查了38种不同幼虫期的昆虫,包括我们熟知的虱子、苍蝇和螨虫等。 与人们想象的不一样的是,这些昆虫并不是一生下来就是“大头儿”。刚出生的昆虫个头都很小,需要不断地吸取营养物质才能长大。在幼体阶段,它们的头骨会重新排列,大脑也会增长,这个过程依赖于所谓的神经诱导因子——一种能够刺激神经元生长的化学信号。随着脑袋越长越大,最后就会形成我们所看见的成虫。

然而,虽然所有的昆虫都能产生这种神经诱导因子,但是各个物种对这一因子的反应却大相径庭。有些能使其神经元增长数百万倍,从而长成又大又聪明的脑袋;而有些即使有相同的因子,也不能使其长出较大的头脑。这似乎反映了不同的昆虫物种在进化过程中对于大脑的不同需求。 研究者发现,有一种常见的昆虫模型,黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)能够很好地适应不同的神经系统大小。无论其神经细胞或脑容量如何变化,该物种都具有良好的学习和记忆能力。如果向这类昆虫传授新的技能,如避免威胁性食物,就可以很容易地加以训练。

为了探索不同昆虫的大脑差异,以及它们怎样利用这种可塑性来适应环境,科学家们进行了各种实验。首先,他们给果蝇提供了两种类型的食物。其中一种是对果蝇有毒的植物提取物,凡是吃下这种食物的果蝇都会中毒。另一种是安全的玉米糖浆。结果只要给予少量的玉米糖浆就能使果蝇全部脱困。 在另一项实验中,研究人员训练果蝇不要触及某一位置的水滴,否则就予以电击。经过数天的训练,当果蝇再碰到水滴时真的会避开。 最后,研究人员进行了一系列的测试,看看果蝇是否能学习四种不同行为:躲避食物毒剂、逃避电击、寻找水和躲避光束。

结果证明,尽管果蝇具有不同大脑容量的不同的大脑,但它们都能够完成所有这些复杂的行为。

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