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正如人类受到冠状病毒大流行造成的社会隔离的挑战,一项新的研究发现,孤独的生活方式对一种社会性昆虫:纸蜂的大脑产生了深远的影响。

纸蜂能够识别其他颜色鲜艳的纸蜂,在单独饲养时就失去了这一能力。黄蜂记忆面孔的能力与灵长类动物和人类相似,但与其他群居昆虫不同。

研究表明,当成年黄蜂独处时,它们大脑的视觉区域——尤其是那些涉及识别微妙颜色模式和形状的区域——比与其他黄蜂一起生活的同伴更小,更不发达。

纸”,年龄和社会经验诱发了褐尾黄蜂大脑区域的可塑性发表在4月14日的《生物学快报》(Biology Letters)杂志上。

“黄蜂为我们提供了一个简单的昆虫大脑,它提供了一个系统来理解神经回路如何工作的基本结构,以及社会互动如何塑造大脑,”他说迈克尔·希恩她是南希和彼得·梅宁生命科学家庭研究员,也是农业和生命科学学院神经生物学和行为系的助理教授。

“据我所知,这是第一个提出昆虫大脑中参与个体身份处理的候选区域的实证研究,”第一作者Christopher Jernigan说,他是Sheehan实验室的博士后研究员。

这些纸黄蜂,原产于美国东部,生活在比蜜蜂(数万)更小的群体中(多达几百个)。此外,与蜂巢只有一个蜂王的蜜蜂不同,纸蜂可以有多个蜂王。每年春天开始筑巢时,这些未来的蚁后会组成小群体合作劳动。尽管如此,殖民地仍有社会等级和竞争。占统治地位的蜂后垄断产卵,下级的蜂后做大部分工作。如果下属觉得这种安排不公平,它们可能会离开巢穴去加入另一个巢穴,或者开始自己的巢穴。

一组纸蜂的面部图像
女性政治人物的肖像,褐尾黄蜂。这些黄蜂有不同的面部模式用于个人识别,类似于人类如何使用面部识别彼此。照片由Michael Sheehan提供

Sheehan说:“在合作的女王之间存在着平衡冲突的紧张关系,这似乎促使个体互相认识,了解谁是谁,工作如何分配,他们是否得到了公平的份额。”这似乎有助于管理冲突。”

Sheehan之前的研究已经证明了黄蜂识别人脸以及简单的形状和颜色图案的速度是多么的快。密歇根大学最近的一项研究也表明,与巢养的黄蜂相比,这些黄蜂在单独饲养的情况下会失去识别面孔的能力。

这项研究进一步测试了成熟和社会经验对黄蜂大脑发育的影响,重点关注了视觉和嗅觉处理区域,因为纸蜂也通过嗅觉和化学交流来感知个体。

类似毛虫的褐尾叶蝉幼虫生活在巢穴内的单个细胞中,虽然它们能探测到化学物质和光线,但它们的视觉区域还未发育成熟。当新生的黄蜂从它们的茧中出来时,研究人员把它们从蜂群中分离出来。其中一些黄蜂被隔离在容器中,而另一些黄蜂被放在与其他黄蜂相同的容器中。研究人员还检查了一些新出现的黄蜂的大脑,在它们成年之前进行基线测量。

两个月后,他们测量了成熟黄蜂的大脑。无论社会经验如何,它们的大脑都会随着年龄增长而增大,这在昆虫中很常见。此外,虽然嗅觉区域的体积没有变化,但研究人员确实发现,一个涉及视觉颜色处理的区域,即前视神经结节,相对于黄蜂的高级处理区域(最接近昆虫的皮层,称为蘑菇体)有所增长。

杰尼根说,这项研究为进一步的研究打开了大门,以了解前视神经结节可能在纸蜂的面部处理过程中发挥的特定作用,并将其与灵长类动物的社会反应脑回路进行比较。

Natalie Zaba ' 20,前Sheehan实验室成员,是这篇论文的合著者。

这项研究是由美国国立卫生研究院资助的。

这篇文章也出现在康奈尔纪事上。

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