在钙波上冲浪:幼虫变成苍蝇的旅程

埃里克·卡尔，他最爱的儿童读物饥饿的毛毛虫，文件将贪吃毛虫转化为美丽的蝴蝶。对于科学家来说，变态姿势造成许多未解决的问题。卡特彼勒如何知道什么时候停止进食？他没有吃得那么多，他曾经搬到了茧阶段吗？

班加罗尔国家生物科学中心的一组研究人员现在发现了决定幼虫蛹决定的神经元类型，特别是在缺乏营养的情况下。Gaiti Hasan教授领导的研究小组研究了果蝇的这个问题，以了解它们是如何整合内部和环境的营养线索来做出蛹的决定的。

和许多昆虫一样，果蝇也会经历发育的里程碑。幼虫从卵中孵化，贪婪地进食，直到达到临界重量。达到临界体重会促使幼虫蛹化，即使它们随后会饿死。然而，幼虫必须对营养不良的条件作出反应，并确保在蛹阶段的发育过程不会受到阻碍，蛹阶段是幼虫准备转变为成虫形态的关键阶段。这项研究最近发表在神经科学杂志，已经确定了在营养限制条件下发出信号发育的神经元和分子开关。

以前曾从同一组工作中鉴定过一套神经元在幼虫神经节中调节蛋白质缺乏饮食的病变。苍蝇中的腹侧神经节类似于脊椎动物的脊髓。这些神经元在自然界中是谷氨酰胺，制作和释放兴奋性神经递质的谷氨酸，以与其邻居沟通。

一天晚上，这篇论文的主要作者之一Siddharth进行了一项实验，他激活了蝇幼虫的特定腹侧神经节谷氨酸能神经元，观察到它们过早地蛹化，但成年后就死亡了。一开始只是一个随意的实验，结果却成为了这项研究的跳板。

相信，腹侧神经节的某些谷氨酸神经元对该发育开关的核心，赛德干径决定是否有这些神经元可以感受到环境营养素的丧失。通过模拟培养皿中的培养皿，Siddharth发现，腹侧神经节谷氨酸神经元在晚期幼虫阶段显示特征钙振荡。这些钙瞬变是神经元通信的典型语言单位。然而，从早期的发育阶段服用的幼虫神经元中缺乏钙瞬变，表明这种反应是特异性的。

谷氨酸能神经元嵌套在幼虫神经元网络的深处。那么，它们是如何感觉到外界食物中营养物质的流失的呢?作者指出，这是由胆碱能神经元完成的，胆碱能神经元是一类装饰幼虫体壁并产生神经递质乙酰胆碱的神经元。具体来说，胆碱能神经元在名为Slimfast的氨基酸转运体的帮助下感觉到了氨基酸精氨酸的丢失。用精氨酸作为替代，胆碱能神经元向谷氨酸能神经元传递营养信息，从而产生钙波。更复杂的是，这些谷氨酸能神经元不仅有接收胆碱能输入的受体，而且还被发现有能够捕获神经肽信号的受体。其他研究小组已经证明神经肽是在饥饿时由大脑和其他器官产生的。谷氨酸能神经元因此整合来自环境和内部组织的营养信息。

本文的另一个主要作者Shlesha，想知道哪些分子产生钙瞬变。来自谷氨酸神经元的成像和基因测序实验表明，钙瞬变通过质膜上的离子通道调节，以及位于细胞的细胞内隔室内的那些，例如肌醇 - 三磷酸酯受体（IP3R）和钙传感器称为钙传感器甜点。实际上，发现刺激功能调节谷氨酰胺神经元中的离子通道基因的表达，从而调节其激动性的商。

最后，作者试图了解这些钙粘液在谷氨酸神经元中的波浪如何向蛹的决定表示。“当用蛋白质缺乏挑战时，在某些情况下产生钙瞬变glutamatergic神经元。这是一种提示，用于释放来自位于幼虫脑中的神经元的神经元的胰岛素样神经肽。已知胰岛素样肽的释放将幼虫推入蛹中，“群体领导者Gaiti Hasan教授解释。

所以在没有食物的情况下，饥饿的毛毛虫可能仍然能够到达茧中——这要归功于它大脑中的营养感知网络。

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