通过一种强大而直接的分析范式，可以量化基因和环境对黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）社会空间的影响。本文展示了可能影响该社会空间的不同因素，因此在设计此类范式实验时需予以充分考虑。
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本文内容
摘要
摘要
本文所述的社会空间实验可用于以简单直接的方式量化黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）或其他小型昆虫的社会互动行为。正如我们先前所证明的1，在二维实验腔室中，我们首先迫使果蝇聚集形成紧密群体，随后允许它们自行选择彼此之间的偏好距离。待果蝇稳定分布后，我们通过免费在线软件（ImageJ）分析静态图像，测量每个个体与其最近邻个体之间的距离（即社会空间）。对最近邻距离的分析使研究人员能够在控制潜在混杂因素的前提下，确定遗传和环境因素对社会互动的影响。多种因素，如果蝇的攀爬能力、一天中的时间、性别以及果蝇数量，均可能影响其社会间距。因此，我们建议设置一系列实验对照，以减轻这些混杂效应。该实验至少可用于两个目的：第一，研究人员可探究其关注的环境变化（如隔离、温度、应激或毒素暴露）对果蝇社会间距的影响1,2；第二，研究人员可解析这种基本社会行为背后的遗传与神经机制1,3。具体而言，我们曾将其作为诊断工具，用于研究在其他生物中被认为参与社会行为的同源基因的功能，例如人类孤独症谱系障碍的候选基因4。
引言
社会互动对于群体中个体的正常发育和健康至关重要，这种现象在众多物种中均可观察到，从人类（Homo sapiens）到较为简单的生物如果蝇（Drosophila melanogaster）5,6。无论是果蝇还是人类个体，在这些互动过程中都具有处理感觉信息的共同方式，包括听觉、视觉、嗅觉、触觉或味觉。我们及其他研究者推测，社会互动行为反应背后可能存在共有的神经环路，且所涉及的神经细胞和基因可能在进化上具有保守性7。一旦初始互动发生，互动个体之间的社会距离会随之增加（社会回避8）或减小（群体形成/聚集5）。随后可能发生更为复杂的互动行为，例如攻击性行为或求偶行为。
量化这种简单的社会行为既不需要复杂的工具和方法，也不需要投入大量时间和培训，因此它是一种强大的分析工具。本文将详细说明一种用于量化果蝇间距离（即社会空间）的简单实验方案，以评估稳定群体中黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）的社会互动行为，该方法已在以下研究中应用1-4,9。社会空间是指一只果蝇与其最近邻个体之间的距离的度量10。当实验条件保持一致时，特定黑腹果蝇（D. melanogaster）群体的社会空间具有可重复性（平均约为1-2个体长），且会随果蝇的社会经历而变化：若个体曾被单独饲养，则其社....
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方案
1. 实验室自制设备与试剂（其他材料参见材料列表）
- 制备 果蝇 如前所述的冷麻醉装置 8.
- 按照之前所述的方法制备果蝇吸管器 13.
- 准备社交空间装置和支架。
- 订购或制作玻璃板和亚克力间隔物，以构建社交空间装置。每个社交空间装置由两块方形玻璃板（17.6 cm × 17.6 cm，厚度 0.3 cm）、两个直角三角形亚克力间隔物（高 16.5 cm，底边 8.9 cm，厚度 0.3 cm）以及两个矩形间隔物（9 cm × 1.5 cm，厚度 0.3 cm）组成。图1A).
- 组装玻璃和丙烯酸材质的社交空间实验舱，使其与原实验舱完全相同 图1B首先，将一个三角形垫片平放在一块方形玻璃片上，使三角形垫片的直角与方形玻璃片的一个角对齐。接着，将第二个三角形垫片以与第一个三角形垫片对称的方式平放在方形玻璃片上。
注意：务必佩戴手套，以免手上的油脂和气味污染部件。 - 将两个小型矩形垫片平放在方形玻璃片未覆盖的一侧边缘上方。此时，方形玻璃片上方的丙烯酸垫片应形成一个三角形区域。
- 将第二块方形玻璃板放置在亚克力垫片上方，使其与下方原始的玻璃板对齐。
- 使用四个长尾夹将玻璃板和间隔物固定在一起，形成社交空间室。在每个三角形间隔物的长边靠....
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结果
社交空间实验装置可用于量化黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）的社交行为。通过将丙烯酸垫片与玻璃板夹合在一起，形成一个内部三角形区域，为果蝇提供一个二维空间，使其能够在排除多种潜在干扰因素的情况下形成稳定的群体。当果蝇被转移至垂直放置的实验区域时，通过轻敲使其受到惊吓，引发逃避反应——负向趋地性。果蝇会向上爬行至直立三角形的顶点，在该处被迫聚集形成紧密群体，随后给予其一定时间逐渐分散并探索整个实验区域。经过20至40分钟后，果蝇停止移动，形成稳定的群体结构。通过拍摄图像可测量每只果蝇与其最近邻个体之间的距离，从而量化其偏好的社交空间。果蝇与其邻近个体的距离越近，被认为其社交性越强。
在达到容量不足的临界点之前，果蝇密度在腔室内对社交距离没有影响。对于放置在较大垂直腔室中的20至70只果蝇的大群体而言，社交距离与群体密度无关（图2A,B）。当社交距离腔室中仅有10或15只果蝇时，个体数量很可能不足以形成稳定的社交群体，从而导致社交距离增加（图2A,B）。然而，在某些情况下，测试.......
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讨论
在本实验方案中，描述了量化社交距离的详细步骤。为确保实验成功，一些关键步骤包括：1）在清洁和设置装置时务必佩戴手套，以避免手上的油脂和气味污染装置的内室；2）果蝇应在实验前至少一天收集，以减少低温麻醉可能带来的影响；3）实验前2小时提供装有新鲜食物的新培养管，确保果蝇未处于饥饿状态并已完成自身清洁；4）在这2小时内，让果蝇适应其新环境；5）记录实验时的温度和湿度条件，尽量保持在24–25 °C和50%湿度范围内一致；6）实验过程中务必避免扰动社交距离检测室；7）每天在相同时间进行实验，最好在昼夜节律时间ZT4至ZGT7之间进行。
当果蝇的整体耐力和攀爬能力允许时，我们发现垂直放置的实验装置是最佳选择，因为它会迫使果蝇聚集得极为紧密，随后促使它们彼此分离并寻找各自理想的社会空间。对照组果蝇通常靠得更近，从而更有利于区分空间分布上的差异。此外，果蝇在垂直环境中通常会更快地稳定下来，这可能是因为这种条件更接近其熟悉的状态，至少在实验室环境中如此。事实上，果蝇通常被饲养在垂直放置的小瓶或瓶子中，常可观察到它们安静地聚集在这些食物容器的侧壁上。然而，对于因衰老、遗传或生理原因导致运动或攀爬能.......
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披露
作者声明不存在任何竞争性经济利益。
致谢
作者感谢Tadmiri Venkatesh博士对撰写本文的鼓励，感谢Dova Brenman和Selwyn Chui提出的建设性意见，感谢Elyssa Burg和Wayne Rasband设计了用于计算ImageJ中所有果蝇间距离及最近邻距离的宏程序。作者还感谢审稿人提出的建设性意见。
A.A.A、M.C.C. 和 A.F.S. 负责研究设计；S.N.J.、A.A.A、M.N.、Z.R. 和 A.J.M. 进行了实验；A.A.A、M.N.、A.J.M.、M.C.C. 和 A.F.S. 分析了数据；A.R.M. 和 A.F.S. 撰写了论文。
本研究得到了PSC-CUNY研究奖的支持，该奖项由专业职员大会（The Professional Staff Congress）和纽约城市大学（The City University of New York）共同资助，授予A.F.S.；同时获得西方大学（Western University）向A.F.S.提供的内部资助；A.A.A.获得了面向师范生的数学、生物、化学和地质学专业奖学金，以及路易斯·斯托克斯少数族裔参与联盟（Louis Stokes Alliance for Minority Participation）奖学金。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 体视变倍显微镜 | Nikon | SMZ-645 | 任何其他用于果蝇操作的标准显微镜均可使用 |
| 小型画笔 | 用于推动果蝇 | ||
| Jazz-mix | Fisher | 33545 | 任何其他标准果蝇培养基均可使用 |
| 迷你报警计时器/秒表 | |||
| Sharpie 记号笔 | |||
| 胶带 | |||
| 中号文件夹夹子 | Staples | 用于固定实验腔室：1-1/4"（32 mm）中型夹子，夹持能力为 5/8" | |
| 小型支撑架 | Carolina | 707161 | 用于将实验腔室保持垂直方向 |
| 滴定管夹 | Carolina | 707362 | |
| 数码相机 | Nikon | Coolpix S8000 | 用于拍摄静态图像 |
| 小型直尺 | 用于图像比例标定 | ||
| 三折板和白色实验台覆盖物 | 提供白色背景和均匀光照 | ||
| 减震垫 | 任何鼠标垫均可使用 | ||
| Prism 6 | GraphPad Software Inc. | Prism 6 for Mac OS X | 任何具备 t 检验、单因素和双因素方差分析功能的统计分析软件均可使用 |
参考文献
- Simon, A. F., et al. A simple assay to study social behavior in Drosophila.: measurement of social space within a group. Genes Brain Behav. 11, 243-252 (2012).
- Kaur, K., Simon, A. F., Chauhan, V., Chauhan, A.
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重印与许可
