遠古海洋動物“講述”神經元起源的故事

　　人類腦細胞成分約8億(yi) 年前在淺海中形成

　　【今日視點】

　　◎本報記者 張夢然

　　扁形動物隻有差不多一粒沙那麽(me) 大，以一些淺海岩石表麵的藻類和微生物為(wei) 食。它簡單到沒有任何身體(ti) 部位或器官。

　　然而，西班牙巴塞羅那基因組調控中心研究人員在最新一期《細胞》雜誌上發表論文稱，在這些獨特而古老的海洋生物中發現的特殊分泌細胞，產(chan) 生了人類等複雜動物大腦中的神經元。

　　扁形動物在大約8億(yi) 年前首次出現在地球上，是5大動物譜係之一，與(yu) 櫛水母、海綿、刺胞動物和雙側(ce) 對稱動物並列。研究人員采用了一係列分子技術和計算模型，了解到扁平動物細胞是如何進化的，並將人類古代祖先的外觀與(yu) 功能“拚”在了一起。

　　重建古代細胞

　　研究人員首先繪製了所有不同扁平動物細胞的圖譜，注釋了它們(men) 在4個(ge) 不同物種中的特征。每種細胞都有來自基因組的特殊作用。這些圖譜允許研究人員繪製基因的簇或“模塊”。隨後，他們(men) 創建了DNA中控製這些基因模塊的調控區域圖譜，以揭示每個(ge) 細胞的作用以及它們(men) 如何協同工作的清晰畫麵。最終，他們(men) 進行了跨物種比較，重建了細胞進化。

　　研究表明，扁形動物中主要的9種細胞類型似乎由許多“中間”細胞連接，這些細胞從(cong) 一種類型變為(wei) 另一種類型。細胞生長和分裂，維持動物移動和進食所需的細胞的微妙平衡。研究人員還發現了14種不同類型的肽能細胞，但這些細胞與(yu) 所有其他細胞不同，沒有顯示出中間類型或任何生長分裂的跡象。

　　令人驚訝的是，肽能細胞與(yu) 神經元有許多相似之處。這種細胞類型直到數百萬(wan) 年後才出現在更先進的動物中，如雙側(ce) 對稱動物。

　　跨物種分析顯示，這些相似性是扁平動物獨有的，完全沒有出現在海綿或櫛水母等其它早期分支動物中。

　　發現“進化的台階”

　　肽能細胞和神經元之間的相似之處是三重的。首先，這些扁平動物細胞通過類似於(yu) 神經發生的發育信號從(cong) 祖上皮細胞群中分化，神經發生是刺胞動物和雙側(ce) 新神經元形成的過程。

　　其次，肽能細胞有許多基因模塊是構建神經元部分所需要的，該部分可發出信息(突觸前支架)。然而，這些細胞遠非真正的神經元，因為(wei) 它們(men) 缺乏神經元信息接收端(突觸後)的組件或傳(chuan) 導電信號所需的組件。

　　最後，通過深度學習(xi) 技術可以發現，扁平動物細胞能使用特定係統實現通信，其中稱為(wei) G蛋白偶聯受體(ti) 的蛋白質，會(hui) 檢測外部信號並在細胞內(nei) 啟動一係列反應。這些外部信號由神經肽介導，神經肽是神經元在許多不同生理過程中使用的化學信使。

　　這令所有研究人員感到震驚，扁形動物肽能細胞與(yu) 原始神經元細胞居然有如此多相似之處，它就像是一級“進化的台階”。

　　神經元誕生的黎明

　　8億(yi) 年前，在古代地球淺海裏不顯眼的食草動物中，形成了神經元的構建塊。這是故事的開篇。

　　至於(yu) 故事的框架，從(cong) 進化的角度來看，早期的神經元始於(yu) 類似今天扁平動物的肽能分泌細胞。這些細胞使用神經肽進行交流，但最終獲得了新的基因模塊，使細胞能夠創建突觸後支架，形成軸突和樹突，並創建產(chan) 生快速電信號的離子通道。這些過程，如同神經元誕生的黎明。

　　然而，這篇神經係統的完整進化故事仍有待豐(feng) 富。譬如，神經元進化軌跡的細節問題：扁形動物缺乏神經元，但研究人員在其中發現了與(yu) 人類神經細胞驚人的分子相似性；而櫛水母有神經網絡，與(yu) 人類自己的神經網絡卻有關(guan) 鍵的區別。那麽(me) ，神經元是進化一次然後分化，還是並行進化不止一次？它們(men) 像馬賽克嗎，每塊都有不同的起源？這些都是有待解決(jue) 的問題。

　　研究人員認為(wei) ，隨著世界各地繼續對來自不同物種的高質量基因組進行測序，神經元的起源和其他細胞類型的進化將變得越來越清晰。

　　細胞是生命的基本單位，了解它們(men) 如何隨著時間的推移而形成或變化，是解釋生命進化故事的關(guan) 鍵。扁形動物、櫛水母、海綿和其它非傳(chuan) 統模式動物隱藏著巨大的秘密，人類現在才剛剛開始挖掘。(科技日報)