微型跑步机揭示果蝇如何冲刺

华盛顿大学跑步机上的跑步者并不是典型的健身狂。首先，他一直冲刺到跑步机前面，然后骑到后面。其次，他有六条腿。

这位西雅图运动员是一只果蝇，正式名称是黑腹果蝇。高速摄像机首次拍摄了他和其他果蝇在微型跑步机上锻炼的过程。这些视频揭示了果蝇身体如何运动。

这为研究苍蝇大脑如何控制行走的不同方面创造了绝佳机会，尤金妮亚·恰佩说。这位神经科学家在葡萄牙里斯本的尚帕利莫基金会工作。她没有参与这项新工作。但她补充说，了解这些动物和其他动物的大脑如何做到这一点很重要。

果蝇和人类看起来非常不同。但它们的大脑在很多方面都很相似。因此，研究果蝇可以帮助研究人员弄清运动的基本生物学原理。“我们与环境、其他动物和人类同伴的互动对我们的生存至关重要，”Chiappe 说。而这些互动取决于“大脑监测和控制运动的能力”。

研究人员用简单易得的皮带、滑轮和马达制作了迷你跑步机。它的总长度刚好是果蝇体长的四倍多——大约 2 毫米（0.08 英寸）。为了防止果蝇飞走，研究人员修剪了果蝇的翅膀。跑步机周围有一个玻璃室，上面涂有滑溜溜的 Rain-X。它限制了果蝇沿墙行走的能力。当跑步机运行时，唯一可用的地面就是移动的地面。

在跑步机上，苍蝇像平常一样移动。大多数时候，它们会快速跑到跑步机的前面。然后它们停下来，沿着跑步机的传送带跑回到尽头。当它们的腹部撞到跑步机的后部时，受惊的苍蝇又向前冲刺。

西雅图队的神经工程师布兰登·普拉特 (Brandon Pratt) 说：“它们冲刺然后停下来，冲刺然后停下来。”

跗节

果蝇的速度很容易达到每秒 50 毫米（略低于两英寸）。普拉特说，这是果蝇在地面上移动的“有史以来最快的速度”。他相信果蝇的速度可以更快（尽管研究人员没有对此进行彻底测试）。

其中一些苍蝇被证明是马拉松级别的运动员，可以轻松完成长达 90 分钟的跑步机训练。2 月 24 日，普拉特的团队将研究结果发布到了 bioRxiv.org 上。

随着苍蝇的奔跑速度加快，它们的身体会抬得更高。它们踮起脚尖，普拉特称之为“跗骨跖”。他指的是苍蝇腿部的移动方式与人类的脚有些相似。

苍蝇跑步机可以改造成两条不同的皮带。这些跑步机可以迫使昆虫身体的每一侧以不同的速度移动。测试表明，苍蝇的中腿弥补了这种奇怪的安排。苍蝇调整步距以保持直线前进。这种步态变化类似于苍蝇如何应对从一侧突然吹来的阵风。它们会通过改变另一侧的步幅来迎风而行。

果蝇在两侧以稳定速度移动的跑步机上正常行走（左）。果蝇还可以适应具有两种不同速度的跑步机（右）。仔细分析步态模式后发现，果蝇的中间腿有助于保持果蝇向前移动。

苍蝇不会做一件事：向后跑。“它们喜欢向上游跑，”普拉特说。

跑步机不允许科学家记录果蝇在移动时大脑中发生的事情。Chiappe 说，这将是有价值的数据。它可以显示当果蝇行走、奔跑或调整步幅时脑细胞如何开始活动。

其他测试系统可以更详细地观察移动中的苍蝇的大脑。其中包括让苍蝇行走的球体。但这些系统无法让苍蝇像西雅图团队的跑步机那样自然地移动。

普拉特说，除了对运动产生深刻见解外，跑步机实验还引发了一些友好的竞争。“有一次，我们想，‘我们能找到最具运动能力的苍蝇吗？’我们开始钻研，”他说。“我们甚至做了一个副项目，对苍蝇进行耐力训练。这有点荒谬。”