摘要

研究人员首次绘制了果蝇大脑中生物钟的完整图谱，揭示其由至少240个神经元组成，远超此前估计的150个。这一详细图谱展示了昆虫与脊椎动物生物钟机制的相似性，为理解睡眠、进食和激素释放等节律的协调机制提供了新见解。

该研究为理解与睡眠和代谢紊乱相关的生物钟失调奠定了基础，并为未来的治疗方法提供了框架。通过利用果蝇大脑连接组，科学家们识别了特定神经元类型在生物钟网络中的功能和相互作用，进一步推进了我们对生物钟的认识。

关键发现

• 果蝇大脑中的生物钟由至少240个神经元组成，远超此前估计的150个。

• 研究人员发现昆虫与脊椎动物的生物钟机制存在显著相似性。

• 这一图谱为研究与生物钟相关的健康问题（如睡眠和代谢紊乱）提供了基础。

研究背景

所有动物，包括人类，其活动、睡眠、饥饿、代谢和繁殖都受到每日节律的影响。调控这些生物节律的系统被称为生物钟，它在24小时内控制身体的所有过程。

在脊椎动物中，“主”生物钟位于大脑的视交叉上核（SCN）。这一脑区不仅负责调节和同步大脑中的节律，还控制全身其他组织的生物钟。

研究内容

在《自然·通讯》杂志上发表的一项研究中，来自德国维尔茨堡大学、美国内华达大学雷诺分校和日本冈山大学的研究团队首次绘制了果蝇大脑中生物钟的完整图谱。维尔茨堡大学神经生物学和遗传学系的Meet Zandawala博士和Nils Reinhard博士（Charlotte Förster和Dirk Rieger实验室）主导了这项工作。

Zandawala解释说：“在脊椎动物中，主生物钟由大约2万个神经元组成。由于细胞数量庞大且它们在大脑内形成的连接复杂，理解生物钟网络的相互作用和功能非常困难。”因此，研究团队选择在果蝇这一模型生物中开展研究，其大脑已被完整绘制，神经元数量约为14万个。

果蝇大脑连接组的应用

国际研究联盟最近发布了果蝇大脑中所有神经元之间连接的图谱，即所谓的“连接组”。Zandawala表示：“这一开放资源为神经科学的新发现提供了工具，特别是在推进我们对生物钟等机制的理解方面。”

研究团队利用这一连接组，成功识别了果蝇大脑中构成生物钟的所有神经元。结果显示：“果蝇大脑中的生物钟由至少240个神经元组成，远超此前估计的150个。一些新发现的生物钟神经元还表现出此前仅在脊椎动物中已知的特征。”

研究意义

这一详细的果蝇生物钟网络图谱不仅扩展了我们对每日节律生成机制的理解，还为探索与睡眠障碍和代谢疾病相关的生物钟失调提供了基础。Zandawala表示：“这些结果为理解大脑如何控制每日周期提供了详细的框架，并为未来治疗生物钟相关健康问题的疗法奠定了基础。”

关于这项研究

• 作者：Esther Knemeyer Pereira

• 来源：维尔茨堡大学

• 原始研究：开放获取。“Synaptic connectome of the Drosophila circadian clock” by Meet Zandawala et al. Nature Communications