本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
我最初于 2007年5月19日 在此发布了这篇文章。
正如我们前几天（2007年5月）提到的，研究动物行为很困难，因为“动物为所欲为他们想怎样就怎样”。 因此，确保在实验设置中控制所有因素至关重要。 此外，为了使研究结果在其他实验室可重复，实验设置标准化始终是一个好主意。 即使这样通常也不够。 我无法访问科学杂志，但你们可能都记得几年前的一篇论文，其中两个实验室试图同时进行完全相同的 mice 实验，使用所有标准设备、完全相同的协议、从同一供应商在同一日期购买的相同品系、相同的 mice 饲料，甚至可能是相同颜色的技术人员制服，但他们得到了非常不同的数据！
幸运的是，昼夜节律行为并非混沌，而是相当可预测、稳健且易于在许多标准模型生物的实验室之间重复。 果蝇Drosophila在时间生物学研究项目中取得成功的部分原因在于，几十年来，所有实验室都使用了完全相同的实验装置，即由 Trikinetics（马萨诸塞州沃尔瑟姆）和 Carolina Biologicals（北卡罗来纳州伯灵顿）生产的这种装置
关于支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。 通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。
这是一系列玻璃管，每个玻璃管包含一只昆虫。 红外光束穿过每个管的中间，每次果蝇通过在管中上下走动或飞行来阻挡光束时，计算机都会记录一个“笔尖偏转”。 所有这些随后被组合成 活动记录仪 的形式，这是时间生物学数据的可视化呈现的标准格式，可以进一步进行统计分析。
早期的果蝇工作主要在Drosophila pseudoobscura中完成。 随后的大部分果蝇遗传学工作都使用了D.melanogaster代替。 最近，一些研究人员开始使用相同的装置来对其他果蝇物种进行比较研究。 许多果蝇时钟实验室拥有数百甚至数千个这样的装置，每个装置都包含在一个“黑匣子”内，该“黑匣子”本质上是一个环境室，其中温度和压力保持恒定，噪声保持低且恒定（“白噪声”），并且灯光受到仔细控制——精确的开灯和关灯时间以及光照强度和光谱。
在这样的设置中，使用方波光照曲线（突然的开和关开关），世界上每一只像样的D.melanogaster都显示出这种活动曲线
活动是双峰的：有一个早高峰（被认为与野外觅食有关）和一个晚高峰（被认为与野外求偶和交配有关）。
标准化的重要性怎么强调都不为过——没有它，我们将无法检测到许多更细微的突变体，并且所有数据都将被认为不太可信。 然而，标准化中存在一些负面影响——它非常人为。 通过绝对控制一切并将设置尽可能简化，它变得非常不代表动物的自然环境。 因此，测量的行为也可能非常不自然。
与实验室不同，自然界中的果蝇不是单独生活的——它们与其他物种成员聚集在一起。 与“黑匣子”不同，现实世界中的温度在白天和夜晚会波动。 同样与实验室不同的是，白天光照强度和光谱逐渐变化，而夜晚并非漆黑一片：星星和月亮提供了一些低水平的照明。 因此，经过数十年的标准化工作，现在是开始研究记录的行为如何与果蝇的自然行为现实相匹配的成熟时机。
最近的三篇论文通过以一种或另一种方式修改实验条件，引入通常在标准装置中缺失的额外环境线索，来解决这些问题。
调情
在第一篇论文《果蝇的夜间雄性性欲》（Current Biology，第 17 卷，第 3 期，2007 年 2 月 6 日，第 244-251 页），由 Fujii、Krishnan、Hardin 和 Amrein 撰写，解决了隔离问题。 为了做到这一点，必须使用不同的装置，在这种情况下，是一堆放置在摄像机监视下的培养皿
每次将两只果蝇放入每个培养皿中：两只雄性、两只雌性或一只雄性和一只雌性。 将它们的总体运动活动与隔离的两性昆虫的运动活动进行了比较。 此外，还监测了一些更具体的行为——“近距离”（即，两个个体相互靠近）、求偶和交配。
那么，他们发现了什么？ 将两只雄性或两只雌性放在一起并没有改变活动模式太多。 但是将一只雄性和一只雌性放在一起会引起行为的巨大变化——大部分的接近、求偶和交配都发生在夜间！
这是单独的雄性
这是雄性和雌性配对
此外，他们发现，如果将果蝇放回隔离状态，它们会恢复到标准模式（因此，是否是处女与是否经历过无关紧要，并且行为模式的转变不是永久性的）。
此外，通过将雄性和雌性彼此异相 11 小时地进行训练，然后将它们放在一起，他们发现雄性驱动了配对的行为模式——配对始终采用雄性的相位。
最后，对各种基因敲除和突变体的实验（我将省略繁琐的细节）表明：a) 雄性驱动模式是由于他们感知到雌性的气味，并且 b) 大脑和触角（果蝇相当于某种意义上的嗅球）中完整的昼夜节律起搏器对于行为转变为夜间模式是必要的。
月光
因此，如果第一篇论文表明处女雌性的气味可以引诱雄性在漆黑的夜晚活跃起来，那么夜间低水平的光线是否也会鼓励果蝇整夜不睡并开派对？ 第二篇论文《月光改变果蝇的内源性时钟》（PNAS，2007 年 2 月 27 日，第 104 卷，第 9 期，第 3538-3543 页），由 Wolfgang Bachleitner、Lena Kempinger、Corinna Wülbeck、Dirk Rieger 和 Charlotte Helfrich-Förster 撰写，研究了夜间昏暗光线的作用。
在同一实验室的早期论文中，关闭其中一个时钟基因的活性消除了早高峰活动，但晚高峰活动在之后持续了相当长一段时间（甚至数周）（这是否意味着进食不如交配重要？），这表明这两个峰值是由不同的时钟驱动的。
在本文中，作者使用了强度相当于四分之一月光的人造光。 他们比较了标准光暗周期、恒定黑暗、恒定月光和光-月光周期中的活动模式以及时钟基因表达模式。
当月光存在时，活动和基因表达都发生了显着变化。 早高峰在月光照射的夜晚的后半段开始得更早，而晚高峰则延伸到下一个月光照射的夜晚的早期
时钟蛋白的循环模式与活动模式相同——在大脑中被认为容纳早晨振荡器的部分提前（和加宽），而在大脑中被认为容纳傍晚振荡器的部分延迟（和加宽）（尽管关于它们的具体位置的文献尚不清楚）。
此外，删除一种重要的光色素（隐花色素，它在果蝇中不是时钟基因）仅略微提高了对光的敏感阈值——一旦月光强度提高到 0.5 勒克斯，活动模式的变化方式与野生型果蝇相同。 作为一种蓝光色素，隐花色素可能在检测黎明和黄昏期间变化的光谱中很重要，因此参与测量光周期（日长）。
但是，删除导致缺乏复眼的基因（但并非单眼）使果蝇对月光（但不是日光）失明。 因此，复眼对光的检测对于在月光存在下活动模式的变化是必要的。 此外，野生型果蝇复眼中的外周时钟在月光下没有改变基因表达模式。
炎热夏夜
我最初打算在这篇评论中加入另一篇论文——《光照和温度在果蝇昼夜节律基因表达调控中的整合》（PLoS Genet 3(4): e54 doi:10.1371/journal.pgen.0030054），作者：Boothroyd CE、Wijnen H、Naef F、Saez L、Young MW——但现在我读了它，我意识到最好单独写它（不仅仅是因为它篇幅很长，还因为它在概念上很复杂），或者与另一篇最近受到一些媒体关注并且也值得我报道的论文一起写。 所以，就目前而言，是的，可以使用温度周期来改变果蝇活动的模式（并将其稍微移到晚上），但这并不是该论文的主要发现。
总而言之，实验室中简单的光暗循环对隔离的果蝇的作用是将它们的活动完全“框定”在循环的光照阶段内。 换句话说，它对活动施加了强烈的光掩蔽效应。 在自然界中，昏暗的光线、温度周期和同种允许这些昆虫将它们的活动扩展到夜间。 虽然我们仍然认为该模式是双峰的，属于暮色性动物，但这些新发现表明，果蝇并非像迄今为止认为的那样主要是昼行性动物，而是在其行为方面具有灵活性，并且在某些条件下甚至是强烈的夜行性动物。