根据胚胎早期开启的规定遗传指令，环境是否会影响脊髓如何形成专门的电路，或者该过程是否硬连线?
加州大学戴维斯分校的一项研究比较了寒冷和温暖的温度对青蛙卵发育成幼虫的影响，发现环境温度显着改变了神经系统的发育方式。
这项研究于5月23日在线发表在“当代生物学”杂志上，研究发现环境温度激活温度敏感通道，影响基因表达和改变神经发育。这项研究虽然在青蛙中进行，但与包括人类在内的物种有相似之处。
“我们发现温度敏感通道TRPM8可以驱动发育中神经系统的变化，让青蛙适应环境，”加州大学戴维斯分校医学院生理学和膜生物学教授，研究高级作者Laura Borodinsky说。
“在寒冷的气温下生长的幼虫有更多的神经元负责运动 - 这是一项关键功能，可以更好地装备幼蛙以逃避捕食者和其他潜在的危险，”她说。“在寒冷的温度下进行测试时，它们的肌肉质量和游泳反应也比温暖的温度更高。”
温度对人类神经发育很重要
温度是人类神经系统发育的重要因素。新生儿，尤其是早产儿，在出生后几个月甚至更长时间内都不具备调节体温的能力。研究还表明，怀孕期间发烧可能会影响发育中的大脑和神经系统，增加自闭症谱系障碍和精神分裂症的风险。
Borodinsky认为，当温度变化突然发生并且在发育的关键时期发生时 - 或者当适应这些变化的分子机制不起作用时 - 神经系统发育中断会影响健康。
温度通道作为环境改变基因表达的一种方式
温度敏感通道属于不同的离子通道系列，即TRP通道，可响应各种条件。虽然一些TRP通道是温度传感器，但其他通道对疼痛，pH值，触觉，光线和声音都很敏感。这些允许生物体感知温度的细胞途径通过进化保存得很好并且存在于物种之间。
在该研究中，该论文的第一作者，加州大学戴维斯分校神经科学研究生课程的前研究生Kira A. Spencer在培养皿中冷或温的温度下饲养受精青蛙卵。在幼虫阶段，他们测量了对轻触和游泳反应以及脊髓运动神经元数量的反应。他们评估了自发电活动的依赖性，这些电活动驱动神经元分化的许多方面，温度，以及调节脊髓细胞发育的遗传因素和冷温通道TRPM8的作用。
“我们发现冷温敏感通道TRPM8介导了发育变化，使青蛙幼虫具有优势，并使它们能够在寒冷的温度下发挥最佳作用，”Spencer说。
“我们的研究结果可以深入了解环境如何影响发育过程中的基因表达，并指出探索基因和环境如何相互作用的有希望的途径，包括其他TRP通道在神经系统发育和疾病中的作用。”
其他研究作者包括Yesser Hadj Belgacem，Olesya Visina，Sangwoo Shim和Henry Genus。
该研究得到了国家科学基金会(1120796)，国家神经疾病和中风研究所(RO1NS073055)和Shriners儿童医院(86500-NCA，85220-NCA，85300-NCA)的支持。