光通过三种方式影响果蝇大脑中的生物钟神经元：第一种是通过隐色素(CRY)将光输入生物钟神经元，该种光输入负责检测低强度的光(LI)。第二种光输入通过复眼工作，检测中等强度的光(MI)。第三种光输入通过Hofbauer-Buchner小孔（HB小孔）工作，负责检测高强度的光(HI)。早晨细胞（M细胞）)控制晨间活动，夜晚细胞（E细胞）控制夜间活动。
近日，美国维尔茨堡大学的神经生物学家研究了不同光照强度对果蝇昼夜节律的影响，结果发现阳光强度的增加会延长睡眠时间，导致午睡时间延长，进而使传统的夜间活动高峰的开始出现延迟。研究结果发表在最新一期的《神经科学杂志》上。
“我们能够证明，低、中、高强度的光照能使果蝇大脑中的生物钟同步到每天24小时。”维尔茨堡大学的神经生物学和遗传学教授Charlotte Helfrich-Forster简要地描述了这篇论文的中心结论。她主要研究时间生物学，即生物体内的周期现象，她和她的前博士生Matthias Schlichting一起领导了这项研究。
实验结果表明，强光对果蝇的活动模式有明显的影响，效果最显著的是午睡，平均会使午睡增加至少30分钟到一个小时，这导致了传统的夜间活动高峰的延迟开始，使果蝇比平时晚一到两个小时起飞。科学家们还在分子水平上确定了行为变化的源头：视网膜外的特殊光受体，即Hofbauer-Buchner小孔（HB小孔）。这些微小的“额外的眼睛”（每只眼睛只有4个感觉细胞）是在30年前由维尔茨堡大学的生物学家Alois Hofbauer和Erich Buchner发现的。
“我们第一次证明了HB小孔对强光有反应，并延长了果蝇的午睡时间，”Helfrich-Forster解释说。他们通过一个多阶段的信号通路来达到这一目的：HB小孔使用特定的乙酰胆碱受体来增加时钟神经元亚群中的钙水平。随后，这些神经元在果蝇大脑的背部释放出一种特殊的神经肽——“色素分散因子”（PDF），PDF进一步调节了生物钟神经元（调节午睡的时间长度，并控制了晚上活动的开始时间）的活动。
科学家们相信果蝇对强光的反应是有道理的。Helfrich-Forster解释说：“在中午避免强光和可能有害的光线是一个基本的机制。”毕竟，高强度的光照经常发生在炎热的夏天，这对昆虫尤其有害：一方面是因为它们脱水很快，另一方面是因为它们在明亮的白天更容易被捕食者发现。
为了排除长时间午睡可能由高强度光照相关的温暖温度引起的可能性，科学家们还对一组转基因果蝇进行了实验。这些果蝇的生物钟不能够对温度变化做出反应，但它们的行为仍然发生了变化，证明了光照强度是导致午睡时间延长和晚间活动延迟的原因。
根据研究人员的说法，他们的研究结果显示了“果蝇和哺乳动物系统惊人的相似之处”。哺乳动物，包括人类，都有专门的光感受器，它们能感知强光，并将信号直接传送到间脑（下丘脑）的一个特殊区域的生物钟上。目前还不清楚它们的激活是否会导致人类午睡时间延长，但是科学家们相信这是很有可能的。
科界原创
编译：花花
审稿：alone
责编：张梦
期刊来源：《神经科学杂志》
期刊编号：0270-6474
原文链接：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-01/uow-lso011119.php
版权声明：本文由科界平台原创编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。
