对于一只饥肠辘辘的果蝇来说，巧克力的气味不是甜点，而是救命稻草。果蝇以及所有动物都能本能地感知到饮食中缺少了什么，并调整它们的饮食习惯以恢复平衡。但令人不解的是，大脑如何将这种内部信号——身体无声的“我需要这个”——转化为一种专注的渴望。换句话说，生理需求是如何变成一种感官上的欲望的。
Champalimaud 中心的新研究揭示了即使是缺失一种必需氨基酸，也能重塑果蝇的大脑，增强它们对提供营养补充的微生物盟友的嗅觉。
“通过循着气味寻找细菌，果蝇似乎已经进化到将微生物作为盟友，寻找能够增加它们在氨基酸缺乏时生存几率的伙伴，”该研究的共同第一作者 Sílvia Henriques 在一份新闻稿中说道。
大脑如何将营养需求转化为渴望
为了探讨这种联系，研究人员检查了必需氨基酸；这些是动物自身无法产生，必须从食物中获取的蛋白质构成模块。即使是缺失一种氨基酸，也会破坏身体的平衡，减缓新陈代谢，并促使大脑寻找富含蛋白质的食物。
研究人员给果蝇喂食了受控的饮食，每种饮食都缺少 10 种必需氨基酸中的一种，并分析了它们大脑中哪些基因被激活。每次缺失都留下了其独特的基因指纹，但有些反应是普遍的。当缺乏氨基酸时，两个与嗅觉相关的基因——Or92a 和 Ir76a——会持续激活，揭示了一条连接营养需求和感官变化的共享分子通路。
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饥饿使感官转向酵母和微生物
这两个基因在饥饿如何改变行为方面发挥了核心作用。Or92a 受体检测双乙酰，这是一种发酵酵母——果蝇的主要蛋白质来源——释放的黄油状化合物。当该受体被禁用后，昆虫仍然可以找到酵母，但摄入量减少，这表明嗅觉不仅能定位食物，还能帮助决定食物的吸引力。
第二个受体 Ir76a 对 PEA 做出反应，PEA 是一种由发酵奶酪和巧克力等食物的细菌产生的分子。
“就在那时，一切都清晰了，” Henriques 在新闻稿中说道。“果蝇并不是被巧克力本身吸引——它们是对生长在这些食物中的细菌做出反应。而这些细菌也是果蝇肠道微生物群的天然居民。”
当缺乏营养的果蝇遇到活的乳酸杆菌和醋酸杆菌——负责发酵的微生物——时，它们的神经元反应更强烈，并且它们会贪婪地进食。然而，死去的细菌则毫无吸引力。
“这是最令人惊讶的发现，”该研究的第一作者 Gili Ezra-Nevo 补充道。“它表明果蝇的嗅觉能够真正检测到细菌，并且这种感官调整取决于它们内部的营养状态。”
通过重新编程它们的嗅觉，果蝇不仅仅是在寻找食物；它们是在寻找能够帮助它们恢复的微生物伙伴。
我们可以从人类食欲中学到什么
这项研究拓宽了一个生物学中的关键问题：我们的内部状态如何重塑我们感知到的东西。它表明，当营养物质不足时，大脑不仅仅是做出反应——它会重塑其感官机制，改变世界信息的处理方式。
在这些果蝇身上，饥饿不是一个信号，而是一个开关，改变了它们体验周围环境的方式以满足它们的需求。这提醒我们，身体和大脑之间的界限并非固定不变——它会随着每一次需求的信号而变化。
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- Champalimaud Centre. 缺乏单一氨基酸会转录性地调节感觉系统以增强微生物摄入
