Abstract The amine serotonin has been suggested to play a key role in aggression in many species of animals

1983; Friesen 1989), feeding (cf. Lent 1985; Schachtner

and BraÈunig 1993; Yeoman et al. 1994), and ®ghting

(Adamo et al. 1995; Edwards and Kravitz 1997)

behaviors. At the start we must acknowledge that it is a

formidable challenge to construct a model of how

amine neurons function in aggression. This is true

despite the growing numbers of experimental results we

and others are obtaining: in behavioral studies with

living lobsters and cray®sh; in physiological experi-

ments de®ning the intrinsic properties of amine

neurons; in systems studies exploring the function of

these neurons in circuits; and in combined behavioral/

physiological studies ®nding changes in the properties

of amine neurons or their targets that relate speci®cally

to changes in social status.

Watching amine neurons at work during ®ghting

behavior would be an important way to learn more

about their role in aggression. Unfortunately, so far no

recordings have been made from amine neurons in

awake behaving lobsters, as have been done in verte-

brate (Veasey et al. 1995, 1997; Leung and Mason 1999)

and in a few invertebrate (Kupfermann and Weiss 1982;

Schachtner and BraÈunig 1993; Yeoman et al. 1994)

systems. In the absence of such recordings, the specu-

lations we o€er rest on what we now know from in vitro

studies about amine neurons in crustaceans, and on

information and suggestions gathered from studies of

other invertebrate and vertebrate neuron systems.

The model proposed here borrows conceptually from

the hypothesis originally put forth by Phoenix et al.

(1959) that steroid hormones serve two distinct roles in

modulating behavior: one organizational and the other

activational. Important modi®cations of the original

hypothesis were made by Arnold and Breedlove (1985)

who pointed out that the divisions between these two

roles were not sharp. The hypothesis was based on

studies of testosterone action on mating behavior in

newborn and adult guinea pigs. Phoenix et al. (1959)

con®rmed and extended studies showing that gonadal

steroids had actions at around the time of birth, that

were essential for the much later in development, be-

havioral responses evoked by release of the same ste-

roids. It was suggested that the initial exposure had an

organizational e€ect, a carving out of future gonadal

steroid responsive territories within the brain and other

body tissues. Much later in development, upon release of

the gonadal steroids again, this time in sexually mature

animals, the appropriate male and female behavioral

patterns are triggered. The later responses represent the

activational component of steroid hormone action.

The organizational role of amines

Amines like 5HT also are found early in development of

the nervous system in many species of animals (for re-

view see Lauder 1990; also see Wallace and Lauder 1983;

Wallace 1985; Glover et al. 1987; Aitkin and Tork 1988;

Konig et al. 1988; Goldberg and Kater 1989; Beltz et al.

1990, 1992). In lobsters, for example, the ®rst visible

5HT immunostaining is seen at about 10% of embryonic

life, and the complete set of 5HT neurons is found by

50% of development (Beltz et al. 1992). These times are

well before most of the targets of the 5HT neurons have

formed. Why are amines seen so early in development?

A confusing, but compelling, literature suggests that

amines and other classical neurotransmitters have im-

portant roles in development that far precede their later

roles as neurotransmitters and neurohormones (for re-

views see Lauder 1990; Buznikov et al. 1996). These

earlier roles involve the earliest cleavage divisions of the

embryo (or even gamete formation), and include mo-

rphogenetic roles in cell movement and cell shape

changes during early embryogenesis and later roles when

the nervous system begins to form and di€erentiate (for

review see Buznikov et al. 1996). Various non-neuronal

sites, such as yolk granules and notochord, appear ca-

pable of synthesis of 5HT in the early embryo, at least in

some species (see Buznikov et al. 1996). Highly speci®c

serotonin transporters and particular receptor subtypes

show transient patterns of expression in the early em-

bryo and early nervous system as well (Bennett-Clarke

et al. 1993, 1996; Lebrand et al. 1998). The ®rst neurons

expressing amine transmitters appear well before their

targets are formed (Lauder et al. 1982; Wallace and

Lauder 1983; Wallace 1985). Thus, serotonergic neu-

rons, expressing the transmitter phenotype, are seen

growing through primitive epithelial layers that have not

yet di€erentiated to form neurons. Indeed, 5HT, possi-

bly released from growth cones, has been suggested to

serve critical roles in the growth and di€erentiation of

certain of its target neurons and in the activation of glial

cells that then secrete growth and di€erentiation factors

of their own (Haydon et al. 1987; Goldberg and Kater

1989; Lauder 1990). Too little, or too much 5HT, both

lead to morphogenetic abnormalities (Goldberg and

Kater 1989; Cases et al. 1996; Upton et al. 1999). For

example, in mice missing the monoamine oxidase A

gene, which results in elevated levels of 5HT and nor-

epinephrine in the brain, various abnormalities are seen.

The cortical barrel ®elds fail to develop (Cases et al.

1996) and retinal ganglion cell ®bers that ordinarily

segregate into layers in the lateral geniculate body, fail to

do so in the mutant animals (Upton et al. 1999). In-

hibiting the synthesis of 5HT at early developmental

stages prevents the formation of these abnormalities

(Upton et al. 1999). In monoamine oxidase A knock-out

mutants, 5HT immunostaining is seen in a subpopula-

tion of ganglion cell neurons that contain a serotonin

transporter, while in control animals immunostaining is

not seen (although the transporter is expressed in the

same transient manner as in the mutant). The machinery

for loading the amine into vesicles also is present in some

of these neurons, as is a protein thought to be involved

in vesicular binding of 5HT (Upton et al. 1999). Thus,

the cells that take up the amine may be capable of re-

leasing it as a borrowed transmitter in inappropriate

places or amounts in the mutant animals (Cases et al.

231

---