港大生物學家揭神經迴路「後備系統」 助動物遇險仍能快速逃生

香港文匯報訊（記者 楊梓穎）面對捕食者來襲或環境突變，動物往往只有瞬間作出反應的時間，大腦需把感官偵測到的危險訊號，迅速轉化為肌肉動作，才能及時逃生。為了揭開大腦如何萬無一失地傳遞這些關鍵訊號，香港大學生物科學院研究團隊以結構簡單、常用作神經科學研究的模型生物「秀麗隱桿線蟲」為研究對象，發現動物大腦在處理「感應與運動」的神經迴路中，擁有一套極為精密、環環相扣的「後備系統」（Redundancy mechanisms）。這套系統確保了即使部分基因或神經連接因受傷、疾病或突變而受損，動物仍能迅速對危險作出反應，逃離險境。該研究成果已於《美國國家科學院院刊》發表。

科學家雖在40年前已掌握秀麗隱桿線蟲的完整神經網絡地圖，但神經元之間在分子層面如何通訊，並在干擾下仍能維持運作，一直是一個未解之謎。由港大生物科學學院教授鄭超固領導的研究團隊，聯同普林斯頓大學和哥倫比亞大學的科學家的研究發現成功填補了這個科學空白。

研究團隊以秀麗隱桿線蟲的輕觸反射弧（reflex arc）為模型，透過基因篩選及技術分析，發現線蟲的逃生機制並非依賴單一「開關」，而是由包括個別基因、突觸及神經路徑等多個層面共同組成的「多重後備方案」。

在分子層面，在傳遞輕觸訊號時，兩種負責通訊的間隙連接蛋白可互相補位，確保觸覺訊號仍能傳遞，就像家裡的門鎖設有「指紋」和「密碼」雙重解鎖，壞了其中一個，依然不影響開門；在神經迴路層面，團隊發現，線蟲體內同時存在兩條獨立的神經通路來控制後退動作。即使人為阻斷其中一條，線蟲仍能透過另一條替代路線順利逃走；而最令人驚訝的，是這些後備基因和神經通路並非只在「正選」壞掉時才起作用。它們在日常生活中能優化逃跑的表現——例如讓線蟲退得更遠、轉彎更快，大大提升避開捕食者的機率。

研究由此指出，神經系統中的後備機制具有雙重作用：一方面作為「安全網」防止防禦機制失效，另一方面作為「性能優化器」提升動物的野外生存能力。換言之，穩健的神經迴路可透過相互重疊的基因、突觸與神經通路構建，因此單一組件缺失未必會直接導致行為失靈。

鄭超固進一步從進化角度解釋，某些在標準實驗室測試中看似冗餘的組件，仍可能因有助提高生物在真實環境中存活的能力而被保留下來，例如協助動物逃避捕食者等。他強調，冗餘機制不僅是一套後備系統，更是神經迴路得以產生可靠且有效行為反應的重要一環。