动物在面对竞争需求时是如何做出决策的?决策过程是如何随着时间的推移而演变的?在最近发表在《生物学快报》上的一篇文章中，Carl R. Woese基因组生物学研究所的博士后研究员Tina Barbasch和生态学、进化和行为学系的教授Alison Bell (GNDP)用三刺棘鱼(Gasterosteus aculeatus)探讨了这些问题。
无论你是在上学、工作、抚养孩子、管理社交生活，还是只是想放松一下，同时承担多重责任很快就会让你不堪重负。你可能会想，如果你是一条漂在河上的鱼，或者是一只在天空翱翔的鹰，生活会简单得多。然而，动物也面临着多任务处理的负担，无论是在寻找下一顿饭的同时避免成为别人的下一顿饭，还是在吸引配偶的同时保护自己的领土。
“在我的博士学位期间，我研究了小丑鱼的亲代照顾，以及它们如何决定为后代提供多少照顾，”Barbasch说。“这需要整合许多社会和环境信息来源。最近，我对理解动物如何做出决定和整合不同信息来源的机制产生了兴趣。”
尽管决策对动物的健康很重要，但人们对形成决策的机制知之甚少。
刺鱼是研究这些问题的有力模型，因为它们复杂的生活史和繁殖行为。在繁殖季节，雄性刺鱼会建立领地，筑巢来吸引雌性。雄性必须同时保护自己的领地不受其他雄性的侵犯，用称为“之字形”的游泳动作向进入其领地的雌性求爱，如果它们能成功地向雌性求爱，最终还要照顾后代。
贝尔解释说:“这项研究的灵感来自于一个实验，在这个实验中，我们观察了雄性三棘棘鱼在亲代照顾或保卫领地时的大脑基因表达。”“我们发现，在两个实验中都有相同的基因，但方向相反——在一种情况下开启的基因在另一种情况下关闭。大脑可能以相反的方式使用相同的分子机制，这一观点可能对决策的进化产生重大影响。”
为了探索决策的潜在分子机制，Barbasch将雄性刺鱼暴露在三种刺激中的一种:雌性刺鱼(求偶处理)，另一只雄性刺鱼(领土入侵者处理)，或者雌雄刺鱼(权衡处理)。一些雄性刺鱼被单独留下作为对照。攻击行为(咬)和求偶行为(锯齿形)被量化，然后雄性刺鱼的大脑被解剖，使用RNA测序来观察基因表达。
Barbasch发现，当面临取舍时，雄性通常会优先考虑保护领地而不是求偶。男性之间的反应也存在很大差异，这表明男性在面对权衡时可能会采用不同的策略。此外，基因表达结果确定了相对于对照，在每个实验处理中差异表达的基因组。
特别令人感兴趣的是那些只存在于权衡处理中的基因，因为它们表明雄性在面对相互冲突的需求时有一种独特的分子反应。
Barbasch说:“我们对这些‘权衡基因’进行了基因本体论分析，以了解这些基因的身份和功能。”“初步结果表明，‘权衡’基因可能与多巴胺反应途径有关，多巴胺反应途径调节大脑中的奖励和动机，或者神经发生，这对认知很重要。”
最终，这些发现强调了探索动物行为分子基础的重要性，正如贝尔概述的那样。“动物在许多分类群中都过着非常复杂的生活。这表明驱动复杂决策的机制可能非常古老，动物长期以来一直在管理复杂的决策。”
Barbasch的研究也为许多令人兴奋的后续研究奠定了基础。她已经开始探索棘鱼对其他权衡的行为和分子反应，包括那些涉及捕食风险、觅食和亲代照顾的权衡。她还计划通过使用单细胞RNA测序和加权基因共表达网络分析(通过识别具有相关表达模式的基因网络来帮助捕获基因功能)来更详细地量化基因表达，从而扩大她的分子工具包。
所以，下次你注意到一只动物在做某事时，深入思考一下它们的日常生活，以及它们是如何找到一种方法来管理它们所有的责任的。
