Science最新颠覆性成果：神经系统的二次演化

　　

生物通报道：神经元是一种特化细胞，以轴突、突触、树突和神经特异性蛋白为特征。长期以来，生物学家们普遍认为神经系统在进化史中只演化了一次。但研究人员在2013综合与比较生物学年会上公布了一种食肉水母（栉水母comb jelly）的基因组测序数据，对上述观点提出了挑战。（注：2013 Society for Integrative and Comparative Biology Annual Meeting）

研究人员在测序数据的基础上，指出栉水母（ctenophores）比其他拥有复杂神经系统的生物更加古老，这意味着神经系统出现了两次各自独立的演化，引起了与会者的热议。栉水母的神经系统的确显得与众不同，其基因组中缺乏一种蛋白编码基因，而这一蛋白是其他动物神经系统发育和功能所必需的。“这种蛋白是所有神经系统的基础，但栉水母却没有，”布朗大学进化生物学家Casey Dunn说。

佛罗里达大学神经生物学家Leonid Moroz及其同事致力于研究进化史早期的动物，包括栉水母和其他无脊椎动物。栉水母拥有初级大脑和真正的神经细胞，其神经元通过复杂的突触与肌肉相连。与此相对的是，水母和其他刺胞动物（cnidarian）只有神经细胞网而没有真正的大脑，而海绵甚至没有值得一提的神经细胞。

一些研究认为栉水母出现较晚，出现在两侧对称动物之前；也有人认为栉水母的出现时间与水母相同；而这项新研究认为栉水母比海绵出现得还早，属于最基础的多细胞动物。

Moroz及其同事对栉水母Pleurobrachia bachei进行了基因组测序，并将测序结果与其他生物相比较，并由此认为栉水母出现早于海绵和其他扁盘动物placozoan（placozoan也同样没有神经元）。Moroz在会议上提出，如果在进化史中只有一次神经系统起源的话，那么海绵和placozoan就得丢弃神经细胞和其他神经特性。因此更有可能的情形是，栉水母与其他动物分支后独立演化出了神经系统，而在海绵和placozoan分支后又出现了另一种神经系统。

美国国家人类基因组研究所NHGRI的研究人员独立测序了另一种栉水母，并公布了数据。NHGRI遗传学家Andy Baxevanis在会议上介绍到，他们的研究并未完全证实Moroz对栉水母的论断。不过的确有证据显示栉水母神经系统拥有独立起源。这两种被测序的栉水母都缺乏Hox基因，而该基因对于其他动物的神经系统形成至关重要。此外，P. bachei突触中的分子也与其他生物的神经系统不同，包括水母。例如，栉水母缺乏神经递质serotonin。“这说明形成神经元有许多途径，”他说。

斯坦福大学进化发育生物学家Chris Lowe对这些新测序结果和Moroz的结论表示欢迎。“他提出的这一观点很棒，” 栉水母的基因组成与其他生物相差太远，“它们完全可能拥有独立演化的一套神经系统。”

 

（生物通编辑：叶予）

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