编辑推荐:
本文聚焦行为新异性起源的神经回路基础,探讨两种非互斥机制。一是运动模块重新部署,经决策与运动程序节点转换用于新情境;二是激活祖先回路潜在能力编码新行为模式,揭示神经系统演化新行为的潜力,为理解行为演化提供思路。
引言
在进化生物学领域,探究新奇复杂性状的起源一直是重要课题。而新奇行为的产生,从独特求偶展示的演变到真社会性(eusociality)这类重大创新,是构建自然界动物生命复杂性与多样性的基础过程。行为由神经回路功能产生,那么当新奇行为出现时,神经回路如何变化就值得研究。
以往有许多综述探讨行为进化的神经基础,但本文重点在于整合近期研究,理解让新奇行为出现的回路原理,尤其是那些在进化中为祖先行为库增添新内容的行为,而非祖先行为的丧失或多样化。
本文采用一种基于前人研究修改后的定义,将行为新异性宽泛地定义为 “在一个谱系进化过程中出现的新行为,或先前存在行为的新奇组合,且在很大程度上与祖先行为存在差异” 。
接下来,本文会先讨论一种解释表型新异性的成熟机制 —— 共选择(co-option),即现有性状承担新功能,并阐述其在神经回路层面可能的原理。然后,基于近期研究,探讨现存神经回路或许具备编码新奇行为模式的巨大潜在能力,这种潜在能力的激活可能是产生行为新异性的常见途径。文中大多以社会行为为例,不过所讨论的原理可能也适用于其他本能行为。
运动模块的共选择
共选择长期以来被视为新奇性状出现的一种机制。在行为层面,众多实例支持这一观点,例如许多研究发现祖先行为和新进化行为在运动模式上存在相似性。像一些鸟类的求偶鞠躬行为,被认为是准备跳跃时下蹲姿势的仪式化形式;棘鱼(stickleback fishes)低头的威胁姿势,可能是从挖掘行为演变而来。这些例子表明,现有运动模块可以在新的感觉 - 社会情境中重新部署,通过连接决策和运动程序的回路节点的转换来实现。
祖先潜在回路潜能的实现
除了共选现有运动模块,多项研究表明,现存神经回路可能具有编码新奇行为模式的能力,这些模式在进化过程中才会表达出来,这里将这种能力称为潜在潜能(latent potential)。下面从三个方面探讨潜在潜能的存在及其在行为新异性进化中的意义。虽然具体神经基础尚未完全明确,但这一概念为理解行为进化提供了新视角,即神经回路中可能隐藏着许多未被表达的行为编码,等待合适的进化契机展现出来。
结论与展望
行为的进化不仅受选择压力影响,还与进化历史紧密相关。本文讨论的两种通往行为新异性的神经途径 —— 通过灵活的整合节点重新部署共选的运动模块,以及实现潜在回路潜能,凸显了历史因素如何在神经系统中发挥作用,塑造通往新异性的进化轨迹。过去的适应和事件深刻影响了神经系统的现有特征,为新行为的进化奠定基础。未来研究可以进一步探索这些神经机制在不同物种、不同行为类型中的普遍性和特异性,以及它们与环境因素的相互作用,从而更深入地理解行为进化的奥秘。