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为探究两性异形且能自我繁殖的秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）在应激抗性方面的差异，研究人员以反转 / 转向行为选择为切入点，对比分析雌雄线虫的优化避害行为模式。结果发现雄性线虫对急慢性应激抗性更强，且有更夸张的避害行为，这或与成功交配有关，该研究为理解动物避害行为机制提供新视角。
在神奇的微观生物世界里，动物们时刻面临着各种压力挑战。从炎炎烈日带来的高温，到环境中潜藏的有毒物质，这些压力如同隐藏的 “暗箭”，时刻威胁着动物们的生存。为了生存繁衍，动物们必须巧妙地调整自身行为来应对这些压力。就像武侠小说中，高手们面对各种危险时，会施展独特的招式化解危机。在众多动物中，秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）这种小小的生物，虽然看似不起眼，却有着独特的生存智慧。
在过去的研究中，科学家们发现许多两性异形的动物里，雄性往往比雌性更能抵抗压力。然而，对于秀丽隐杆线虫这种特殊的生物，它存在雌雄同体（hermaphrodite）和雄性两种形态，且雌雄同体能够自我繁殖，以往却很少有研究对其在应激抗性方面的差异进行深入探索。这种知识上的空白，就像地图上未被标注的神秘区域，吸引着科学家们去一探究竟。了解秀丽隐杆线虫不同性别在应对压力时的行为差异，不仅能让我们深入理解动物行为进化的奥秘，还能为研究动物生理机制提供重要线索。
为了填补这一空白，来自日本奈良女子大学（Department of Biological Sciences, Nara Women’s University）和东京女子医科大学（Department of Physiology, Tokyo Women’s Medical University School of Medicine）的研究人员 Sayaka Hori 和 Shohei Mitani 开展了一项关于秀丽隐杆线虫的研究。他们的研究成果发表在《Zoological Letters》上，为我们揭示了这种微观生物在压力应对方面的奇妙机制。
研究人员在这项研究中，运用了多种关键技术方法。他们通过培养不同性别的秀丽隐杆线虫，观察其行为变化。利用行为评估系统，对受到渗透压刺激的线虫行为进行分析。在研究神经元对行为的影响时，采用了基因工程技术，如对性别决定基因 tra-1(lf)突变体进行相关实验，还运用了光遗传学（optogenetics）技术，通过在 AIB 神经元中选择性表达通道视紫红质 ChR2 (H134R) 来诱导线虫转向行为，从而深入探究神经回路在性别差异行为中的作用。
1. 成年雄性秀丽隐杆线虫通过夸张的避害行为模式避免导致交配失败的渗透压应激
研究人员观察发现，在食物匮乏的状态下，雌雄同体的秀丽隐杆线虫会独自觅食，而雄性线虫则会聚集并试图交配，这表明对于雄性线虫来说，交配优先于寻找食物。当用不同浓度的山梨醇（sorbitol）和甘油（glycerol）作为渗透压刺激时，研究人员发现，随着刺激强度增加，雌雄同体线虫的避害行为从以反转为主转变为以转向（turn）为主；而雄性线虫即使在弱刺激（1 - 2M 山梨醇）下，也表现出以转向为主的行为，且在 2M 及以上浓度时，约 80% 的雄性线虫选择转向行为。
进一步研究发现，这种转向主导的行为选择在雄性线虫的幼虫阶段并不明显，而是在成年后才确立。研究人员推测，这种行为可能与繁殖有关。于是他们进行了交配实验，将表达 YFP 的转基因雄性线虫和野生型雌雄同体线虫放在含有不同浓度山梨醇的交配板上。结果发现，随着山梨醇浓度升高，交配失败率显著增加。这表明雄性线虫在渗透压应激下表现出的夸张避害行为，可能是为了避免可能导致交配失败的刺激。
2. 性别特异性的避害行为优化突触回路
为了探究性别差异避害行为模式的神经机制，研究人员对性别决定基因 tra-1(lf)突变体进行了拯救实验。实验结果表明，神经元在性别特异性避害行为优化模式中起着核心作用。
研究人员利用光遗传学技术，在 AIB 神经元中选择性表达通道视紫红质 ChR2 (H134R)，诱导线虫转向行为。结果发现，雄性线虫在有全反式视黄醛（ATR）存在时，转向率比雌雄同体线虫更高。这一结果表明，雄性线虫的特征性行为可能归因于 AIB 神经元或其下游的神经 / 运动回路，而不是感觉神经元。
研究人员还观察了 AIB 神经元中关键电突触蛋白 innexin - 1（inx - 1）和主要神经递质谷氨酸转运体（vesicular glutamate transporter，VGLUT，由 eat - 4 编码）的表达情况。结果发现，雄性线虫中这些蛋白的表达水平与雌雄同体线虫相似或更低，这表明性别差异避害行为可能不是由 AIB 神经元的输出引起的，而是与下游神经元的差异有关。
最后，研究人员试图通过在 tra-1(lf)雄性线虫的有限数量神经元中表达 TRA - 1a 来拯救优化的避害行为模式，但未能成功。这表明，已知的主要避害行为回路无法解释这种性别二态性的神经机制，可能涉及新的神经回路。
在讨论部分，研究人员指出，雄性秀丽隐杆线虫表现出的夸张避害行为模式可能与繁殖策略有关，是为了避免在渗透压应激下与更易受渗透压损伤的雌雄同体线虫交配失败。虽然这种行为优化策略可能是秀丽隐杆线虫特有的，但对于其他雌雄异体的秀丽隐杆线虫物种进行研究，可能会揭示出基于性别的避害行为模式在生理和进化方面的共性以及物种特异性。
在神经回路方面，虽然研究发现性别差异避害行为与 AIB 神经元下游的神经元有关，但传统的化学和电突触回路无法解释这一现象，可能存在未知的神经和 / 或分子机制。未来研究可以探索神经肽在秀丽隐杆线虫性别差异避害行为中的作用，这有望揭示跨物种避害行为优化性别差异的更广泛的共同原则。
总的来说，这项研究发现雄性秀丽隐杆线虫比雌雄同体线虫对急性和慢性应激具有更高的抗性，且雄性线虫在面对轻微伤害性刺激时会表现出夸张的避害行为，这可能是一种避免繁殖失败的适应性行为。这种行为差异的神经回路位于 AIB 神经元下游，但涉及未知的神经和 / 或分子机制。该研究为理解动物避害行为的性别差异和优化机制提供了新的视角，为后续研究开辟了新的方向，有助于我们更深入地探索生物在压力环境下的生存策略和进化机制。
