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麻醉剂会扰乱社会性昆虫生理节奏

2019-03-01 15:36:34

研究人员标记觅食的蜜蜂来研究麻醉对它们生物钟产生的影响。图片来源: Guy Warman 和 James Cheeseman

做完手术醒来时,人们总是会觉得头晕。前一分钟你还在手术室里从10开始倒数,下一分钟,就发现自己躺在康复病房,没有了阑尾、扁桃体或者智齿。虽然自己知道睡了几个小时,但是,你从麻醉中苏醒后的感觉,与从良好的睡眠中醒来的不同,好像时间还停留在闭上眼睛的那一刻。现在,多亏勤劳的蜜蜂(意蜂Apis mellifera)的帮助,科学家开始明白这种时间丢失的感觉。一个新研究显示,普通麻醉剂会扰乱社会性昆虫的生理节奏,或者生物钟,延迟觅食等时间性行为的开始,以及破坏它们的方向感。

让昆虫睡着不是什么新鲜事。研究人员花费数十年时间利用动物解决了麻醉剂如何起作用的问题,因为这些药物在不同的生物体以相同的浓度会产生相似的效果。“给一只猴子和一个蜗牛注射麻醉剂,它们都将会摔跤和停止移动。”研究合作者,新西兰奥克兰大学时间生物学家Guy Warman说。

生物体生理节奏每天循环的现象十分常见。所谓的生物钟基因会帮助生物体调节生理节奏,让我们白天清醒,夜晚困倦,同时也让蜜蜂在每天固定的时间去采集花蜜。当然,光线等外部因素的输入也会调整这些循环周期,例如让我们拥有一个粗略的24小时时间表。

Warman和他的同事利用蜜蜂的时间感研究异氟烷的行为和基因效应,异氟烷是一种外科手术使用的普通麻醉剂。Warman说,之所以利用蜜蜂,是因为蜜蜂每天的显示行为能够准确告诉你何时它将做什么,这是哺乳动物很难做到的。

首先,研究人员测试了昆虫使用一定剂量异氟烷6小时后,返回蜂巢的导航能力。蜜蜂一般利用太阳定位,按照自己的生物钟,确定回家的路。在德国和新西兰,研究小组释放蜜蜂到新的区域,并观察它们设法飞回家。他们发现,麻醉后的蜜蜂在南半球偏离90°,

麻醉剂会扰乱社会性昆虫生理节奏

在北半球则偏离62°。这一误差表明蜜蜂生物钟出现了延迟,研究人员将实验报告发表在了美国《国家科学院院刊》上。

Warman研究小组还研究了异氟烷在蜜蜂开始采集花蜜时间上产生的影响,他们也发现了类似的延迟现象。麻醉后的蜜蜂每天上午9时到10时之间的觅食行动将会推迟3个小时。

此外,研究人员还测试了麻醉剂的遗传效应。他们在麻醉之前和之后的36小时内每3小时对蜜蜂进行取样,测量3个生物钟基因信使核糖核酸(mRNA)的浓度。他们发现麻醉后的4~5小时中,其中两个基因的mRNA出现延迟。蜜蜂进出蜂巢的时间则推迟了大约5小时。但是,当在夜间注入同样剂量的麻醉剂,并没有产生任何mRNA周期的延迟。

“我认为这是一篇非常有创意性和挑战性的论文,”伊利诺伊大学香槟分校昆虫学和神经系统科学家Gene Robinson认为。“他们已经取得关于麻醉将会影响生物钟这一问题的令人信服的理由,”美国西北大学神经生物学家Ravi Allada提到。Allada还指出,人们通常能够意识到麻醉会对运动和感官知觉产生影响,但是没有人注意到它也会对生物钟产生影响。

下一步,这项成果可能会应用于人类。Warman研究小组目前正在考虑是否在人接受麻醉时用强光照射——一个众所周知的可以改变生物钟的方法,这也许能够减轻麻醉带来的眩晕感。(来源:中国科学报 唐凤)

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