大多数植物和动物都会受到各种各样的环境变化的影响。洛桑大学生物与医学学院综合基因组学中心教授理查德·本顿 (Richard Benton) 的团队在《自然》杂志上发表了一项研究，研究了果蝇适应日照长度波动的能力。

地理分布广泛的物种，例如人类，面临着多种环境变化，他们通过行为的灵活性或“可塑性”来应对这些变化。这种适应周围世界的能力对他们的生存至关重要。

然而，其背后的分子机制仍不太清楚。因此，重要的是要阐明行为可塑性如何受基因和神经系统调控，以便了解广泛分布的物种如何进化以应对环境变化以及它们将如何适应不断变化的气候。

昼夜节律的核心

日照长度会随季节和纬度而变化。许多物种(例如某些苍蝇)会调整其昼夜节律(每日活动周期)以适应日照长度的变化。

在这项研究中，洛桑大学生物与医学学院整合基因组学中心理查德·本顿教授团队的前博士后研究员迈克尔·沙汉德 (Michael Shahandeh) 对两种果蝇进行了比较，以检查它们行为灵活性的差异。

果蝇(Drosophila melanogaster)，又名醋蝇，在世界各地都有分布，因此其日照长度变化很大，具有很强的昼夜节律可塑性。相比之下，塞舌尔果蝇(Drosophila sechellia)是赤道附近塞舌尔群岛的特有物种，其日照长度波动小得多，可塑性也较低。

为了比较这两个物种的昼夜节律可塑性，科学家们对它们进行了强加的昼夜节律循环，即长日照：16 小时光照。这种限制对 D. sechellia 的适应性(这里理解为生存和繁殖的能力)产生了有害影响，因为 D. sechellia 已经习惯了恒定的 12 小时日照长度。

“该物种已经失去了在光照周期较长的情况下延迟晚间高峰活动的能力;因此，长时间的白昼对它来说压力很大，其繁殖率减半，而果蝇却仍然保持着完美的生育能力，”本顿评论道。

定义关键遗传元素

生物学家随后通过基因筛选，成功发现了 Pdf(色素分散因子)基因在物种分化中发挥的关键作用。

“该基因负责 Pdf 神经肽的表达，而 Pdf 神经肽对昼夜节律活动至关重要。正如预期的那样，用 D. sechellia 的基因替换 D. melanogaster 基因会降低 D. melanogaster 在长时间日照条件下延迟其峰值活动的能力，”这位洛桑教授报告说。

“果蝇对于我们来说就像是一个‘基因试管’。这个实验揭示了果蝇和果蝇的Pdf基因之间的差异导致了这两个物种的行为差异。”

D. melanogaster Pdf 基因的特殊性在一定程度上解释了为什么该物种能够在世界范围内广泛分布，而 D. sechellia 却只专注于单一生态位。

探索其他形式的行为可塑性

本顿还提到，先前的研究表明 Pdf 神经肽对于生活在高纬度地区的果蝇物种具有重要意义，它们的昼夜节律活动比果蝇更具灵活性。

“这些观察结果表明，这种神经肽是果蝇昼夜节律可塑性发展的关键进化因素。鉴于 Pdf 也存在于许多其他节肢动物中，如蚊子，这些节肢动物在世界各地广泛分布，它可能在后者中发挥类似的作用。

“更广泛地说，我们的工作可以启发人们探索不同动物物种中涉及其他细胞和分子机制的其他行为可塑性形式。例如，鸣禽会根据人类活动引起的噪音改变其发声频率，蜥蜴会根据海拔高度改变其休息行为，但我们对这些现象背后的机制一无所知。”

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