生物学家面临的最紧迫问题之一就是基因组变异如何影响生物体复杂的行为变化。也许没有什么比社会行为更复杂更有趣了，基因组的差异如何影响生物个体的攻击、求爱或交配行为？关于这些问题，目前鲜有研究。

父母对子女的爱与遗传相关

近期，美国哈佛大学的Bendesky等人通过遗传杂交、行为分析及最新神经科学工具了解了白足鼠属（Peromyscus）在亲代抚育方面的物种差异。在哺乳动物中，亲代抚育分担、一夫一妻制非常罕见，但白足鼠属在这方面至少进化了2次。白足鼠属的栖息地范围从干旱沙漠到山地云雾林，栖息地的巨大差异伴随着相对变异的行为。例如，白足鼠属中的奥菲尔德鼠（P. polionotus）生活在种群密度低的沙土栖息地，奥菲尔德鼠通过结对，适应了动物稀疏的环境，在做了父母以后，会共同照顾后代，给予后代足够的关爱。相比之下，白足鼠属中的鹿鼠（P. maniculatus）类似于许多其他啮齿类动物，属于多夫多妻制，相比奥菲尔德鼠，鹿鼠给予后代的照顾和关爱比较少，这种差异主要体现在父亲当中，也就是说鹿鼠父亲提供了更少的关爱。

这两个密切相关的物种可通过杂交产生具有繁殖能力的后代。研究人员使两个物种杂交了两代，产生了数百只孙辈，这些后代从每一个物种中遗传的基因组片段的变异很大。研究人员发现，一些基因组区域可以预测父母通常的关爱行为（如筑巢行为，以及当幼崽从父母身边移走时父母是否会将幼崽找回），另外一些基因组区域可以预测更为特定的行为（如仅影响筑巢行为）。令人惊讶的是，亲代抚育与特定DNA序列之间的关系在父亲和母亲之间存在差异（父母亲基因的不同可能决定了抚育行为或关爱行为的不同），这表明物种差异的很多机制是针对特定的父亲或母亲的关爱行为。

为研究哪些基因可能在亲代抚育和关爱后代中影响物种差异，研究人员关注了一个与雄性筑巢行为相关的基因组区域，该片段包含498个基因。为了缩短这一基因列表，研究人员对第一代杂交小鼠的基因表达进行研究，研究源于各物种的两种拷贝在同一细胞中的表达是否相同。研究焦点集中于下丘脑，这是一个广泛参与亲代抚育的大脑区域。这一区域有九种基因存在物种特异性表达，其中编码血管加压素（一种控制雄性社会行为的激素）的基因表现出的种间差异最大，来自奥菲尔德鼠的基因拷贝的表达水平低于鹿鼠的拷贝。

血管加压素的作用

高水平的加压素会产生“坏爸爸”吗？Bendesky等人给奥菲尔德鼠大脑注射血管加压素后发现，其减少了奥菲尔德鼠的筑巢行为，但并未影响其他亲代抚育和关爱后代的行为。这一发现与遗传数据一致。然而，注射的血管加压素可能在下丘脑以外的多个脑部区域起作用，或在下丘脑中的数个脑区域的任一区域发挥作用。

血管加压素可能的来源之一是下丘脑中的一个区域，该区域被称为下丘脑室旁核（paraventricular nucleus，PVN）。PVN是血管加压素的一个重要来源，通过投射到另一个下丘脑区——内侧视前区，是亲代抚育的主要调节器。Bendesky及其同事研究，PVN中的表达血管加压素的神经元是否会抑制父母对后代的关爱。在实验室小鼠中，研究人员操控加压素神经元表达一种基因：在药物作用下，可改变神经元的放电频率。增加这些下丘脑PVN神经元的活性可抑制筑巢行为，而降低血管加压素的活性则产生了相反的效应。因此，似乎室旁加压素导致了不同物种间雄性养育行为的差异。

在许多方面，这项工作与现有文献吻合。一些关于草原田鼠的研究（草原田鼠是一夫一妻制的啮齿类动物）提示，不同性别间的类似养育行为可能来自于不同的神经生物学机制。甚至人类的影像学研究也表明，父亲对后代的养育可能与神经机制相关，并不同于母亲养育行为的神经机制。Bendesky和同事们系统查看基因组后表示这可能是一个普遍的模式。

尽管当前的研究与现有许多文献相一致，但该研究确实带来了一些令人惊讶的发现。既往研究显示，下丘脑的血管加压素与数种啮齿类动物的亲代抚育相关，该激素可以促进而不是抑制这些物种的亲代抚育行为。目前尚不清楚为什么会出现这种不一致。当前研究与既往研究的一个差异是，以前的研究检测了下丘脑内侧视前区中释放的加压素；当前研究是直接分析下丘脑室旁加压素神经元对父母关爱后代行为的影响。可能更关键的是，绝大多数以前关于亲代抚育后代的研究都集中在幼崽相关的行为上，如找回幼崽、为幼崽理毛及蹲伏在幼崽之上。Bendesky及其同事证明，筑巢的遗传变异可以与幼崽相关行为分开，提示这些方面依赖于不同的机制。

未来开展更多研究

目前的实验表明，这一复杂行为的物种差异可以追溯到特定基因和神经回路的差异。随着非生物模型越来越多地应用于遗传和神经元分析，研究人员可以探索基因组与复杂环境的相互作用是如何影响大脑和行为变异的。这类研究提供了比以前更为全面的生物学观点，有助于我们今后探索那些棘手的问题。

总而言之，父母对子女养育行为的不同与遗传和神经回路的差异有关。研究人员称，今后将开展更多相关研究来探索养育行为背后的遗传和神经机制。

（作者：宫健)

参考文献：Nature 2017;544:418-419