发育过程中的感官丰富与剥夺：对两种生态不同蜘蛛中枢神经系统神经细胞体积的影响有限

《Journal of Comparative Neurology》：Sensory Enrichment and Deprivation During Development: Limited Effects on the Volumes of CNS Neuropils in Two Spiders With Different Ecology

　　神经可塑性是动物神经系统核心特征，环境刺激可引发脑结构变化。研究对比游猎蜘蛛Marpissa muscosa与结网蜘蛛Parasteatoda tepidariorum，在视觉、振动或混合感官丰富/剥夺条件下，通过显微CT分析其神经结构体积变化。结果表明感官刺激对神经体积影响不显著，而家庭效应（遗传或母体影响）解释了约75%的变异，尤其在视觉相关神经结构（如AM2、SecVN1）中更为明显。提示早期环境与遗传因素对蜘蛛神经发育起主导作用，感官可塑性可能受限于物种生态策略。

　　蜘蛛的神经可塑性是指其神经系统在面对环境变化或内部活动时能够进行结构上的调整。这种能力在动物界普遍存在，对于适应不同生态条件至关重要。蜘蛛作为一类多样的捕食者，其神经结构会根据捕食策略的不同而有所差异。例如，那些建造捕网的蜘蛛与那些依靠快速移动捕猎的蜘蛛在神经结构上存在显著差异，这反映了它们对不同感官信息的依赖程度。虽然神经可塑性在跳蛛（cursorial spiders）中已有一定研究，但其具体驱动因素仍不明确。本研究旨在探讨感官输入如何影响蜘蛛的中枢神经系统（CNS）结构，并分析捕食策略不同的蜘蛛在神经可塑性上的差异。

在实验中，研究人员选择了两种具有明显捕食策略差异的蜘蛛：一种是跳蛛（*Marpissa muscosa*），它们依赖视觉进行捕猎；另一种是静止捕猎的蜘蛛（*Parasteatoda tepidariorum*），它们主要依靠振动信息进行捕猎。为了测试感官输入对CNS结构的影响，研究人员对蜘蛛进行了四种处理：对照组（CON，无感官刺激）、视觉增强组（VIS，提供视觉刺激）、振动增强组（VIB，提供振动刺激）以及两者结合的视觉与振动增强组（VISVIB）。研究假设，视觉增强组会增加与视觉相关的神经结构体积，而振动增强组会增加与振动相关的神经结构体积，特别是对于*P. tepidariorum*而言，振动刺激的影响可能更为显著。

然而，研究结果与预期不符。感官增强并未显著增加对应神经结构的体积。尽管某些神经结构在特定组别中表现出显著差异，但这些变化似乎与感官输入之间缺乏直接因果关系。相反，神经结构体积的大部分变异可以归因于家族效应，即来自同一母体的个体之间存在较高的相似性。这一发现表明，家族效应在蜘蛛神经结构的发育中扮演了重要角色，可能是由于遗传因素、母体影响或卵囊环境的共同作用。家族效应不仅影响与视觉和振动相关的神经结构，还对其他非感官相关的结构（如CNS、弧形体、蘑菇体等）产生影响。

神经结构的体积变化与个体的体型大小密切相关。在两种蜘蛛中，体型或CNS体积对神经结构体积的解释力远大于感官刺激或家族效应。这表明，神经结构的发育可能受到身体大小的限制，而感官刺激的环境影响相对较小。此外，研究还发现，视觉相关的神经结构（如AM1、AM2、SecVN1、SecVN2）在家族效应中表现出更高的变异比例，尤其是在*P. tepidariorum*中，SecVN1和SecVN2的家族效应尤为显著。这一现象可能与视觉神经结构在进化过程中对环境变化的适应性更强有关，或者与家族遗传特征对这些结构的发育具有更大的影响。

在*P. tepidariorum*中，振动刺激对主眼的神经结构（AM2）产生了负面影响，而视觉刺激对主眼的神经结构（AM1）没有明显影响。相比之下，*M. muscosa*的视觉刺激（尤其是视觉与振动结合的处理）对其次级眼的神经结构（SecVN1和SecVN2）产生了正面影响。这些结果表明，蜘蛛的神经结构可能对不同类型的感官输入有不同的响应机制。例如，*M. muscosa*在视觉增强环境下表现出次级眼神经结构的体积增加，这可能与其对视觉信息的依赖有关。而*P. tepidariorum*在振动刺激下表现出主眼神经结构体积的减少，这可能与其对振动信息的优先处理有关。

此外，研究还发现，某些非感官相关的神经结构（如弧形体、蘑菇体、皮层等）的体积也受到家族效应的影响。这一现象表明，家族效应不仅限于直接与感官输入相关的结构，还可能影响整个CNS的发育模式。家族效应可能来源于遗传因素，也可能与母体在卵囊中对后代的营养和环境条件有关。例如，母体在卵囊中的投入可能对后代的神经结构发育产生一定的约束或促进作用。这种现象在其他动物中也有类似报道，如某些昆虫的神经结构发育受到母体环境的影响。

实验中的感官刺激设置可能也影响了结果的解释。例如，振动刺激的提供方式（整个培养箱的振动）可能并不完全模拟自然环境中由猎物引发的振动模式。这种振动可能被蜘蛛视为干扰，而非捕猎信号，从而未能有效激活与振动相关的神经结构。同样，视觉刺激虽然在实验中提供了丰富的图像内容，但这些图像可能与自然环境中的视觉信息存在差异，导致蜘蛛未能产生预期的神经可塑性反应。因此，实验中的感官刺激可能并未完全反映自然条件下的复杂环境，从而限制了对神经可塑性的研究深度。

研究还指出，实验室环境中的恒定和可预测的喂养模式可能导致蜘蛛的神经结构发育呈现出更高的变异范围。这与野外捕获的蜘蛛形成对比，野外蜘蛛由于面临更多不确定的环境因素，其神经结构可能更倾向于适应不同的感官输入。这种现象表明，环境的可变性可能对神经结构的发育具有重要影响，而实验室中的固定条件可能削弱了感官刺激对神经结构的塑造作用。

综上所述，本研究揭示了蜘蛛神经结构对环境变化的响应模式。尽管感官刺激在某些情况下对特定神经结构产生了影响，但这些影响相对较小，且难以明确区分。相反，家族效应在解释神经结构体积变化方面占据了主导地位。这提示我们，在研究神经可塑性时，除了考虑外部环境因素外，还需要关注遗传和母体效应的潜在作用。此外，实验设计的优化，如更接近自然环境的感官刺激设置，可能有助于更准确地揭示蜘蛛神经结构的可塑性机制。未来的研究可以进一步探讨不同感官刺激对神经结构的具体影响，以及家族效应在神经可塑性中的具体作用机制。