一种“普通”海虫的眼睛可以不断生长

一圈对光敏感的干细胞帮助钢毛虫不断扩大眼睛，这与脊椎动物的眼睛生长有着意想不到的相似之处。研究结果揭示了构建视觉的共同进化解决方案，并暗示了光与神经发育之间更深层次的联系。

　　

人们想到拥有精密眼睛的动物时，通常会想到哺乳动物、鸟类或章鱼。然而，一些海洋环节动物，例如杜氏多毛纲蠕虫（Platynereis dumerilii） ，也拥有类似脊椎动物和头足类动物的、类似照相机的复眼。这些蠕虫甚至能拥有出人意料的敏锐视力。

一个重要的问题一直悬而未决：这些无脊椎动物的眼睛在蠕虫成年后是如何继续生长的？来自维也纳大学、不来梅港阿尔弗雷德·韦格纳研究所和奥尔登堡大学的一个国际研究团队着手调查这个问题，并发现了引人注目的新成果。

平行进化与持续的眼睛发育

蠕虫和脊椎动物的照相机式复眼是平行进化的经典案例。它们似乎是独立出现的，都是为了应对类似的生物学挑战而发展出的类似解决方案。为了解这些复眼在成熟后如何继续发育，研究人员对扁形线虫（Platynereis）的成体复眼进行了研究。扁形线虫长期以来一直是研究感光细胞和早期大脑进化的模式生物。

利用单细胞RNA测序技术，维也纳大学神经科学与发育生物学系的Nadja Milivojev（第一作者）鉴定了线虫视网膜中干细胞的分子特征，并绘制了它们的位置和活动图谱。她的研究揭示了视网膜外缘存在一个清晰的区域，在该区域内，神经干细胞紧密聚集，并在眼球发育的各个阶段进行分裂。

“在蠕虫视网膜边缘发现分裂的细胞，这很了不起——某些脊椎动物群体正是在同一个地方维持它们的视网膜干细胞，以进行终生的眼睛生长，”米利沃耶夫说。

这个被称为“睫状缘区”的区域被认为能够维持眼球的稳定增大。维也纳大学的资深作者弗洛里安·雷布尔解释说，在鱼类和两栖动物等脊椎动物中，随着动物的发育，该区域会产生新的视网膜神经元。

他指出，“值得注意的是，纳贾的研究表明，钢毛虫的眼睛还可以增加新的感光细胞并扩大其体积——这一特征在脊椎动物谱系之外还没有得到很好的研究。”

成年蠕虫眼中的光敏干细胞

这项研究揭示了这些线虫眼睛生长过程中另一个令人惊讶的层面。研究人员发现，环境光照会影响成虫眼睛的活动。他们的基因和分子分析表明，这种影响是由一种名为c-视蛋白的光敏分子介导的，这种分子也存在于脊椎动物的视杆细胞和视锥细胞中。

先前的研究表明，蠕虫的眼睛依赖于另一类视蛋白，因此发现脊椎动物类型的c-视蛋白令人意外。Milivojev及其同事在蠕虫感光细胞的早期前体中发现了这种分子，表明它作为一种分子开关，将环境中的光与干细胞活动联系起来。这些结果强调，视觉系统的功能远不止于探测光；它们的发育也会受到光的影响。

进化论的见解和新问题

这些发现有助于填补长期以来人们对无脊椎动物和脊椎动物眼睛如何生长和维持自身功能的认知空白。研究表明，扁形线虫的眼睛依赖于一圈神经干细胞，这使研究人员更接近于找到指导感觉器官进化的普遍规律。这些发现也提出了几个新的问题：体内其他神经干细胞群是否也会对环境光做出反应？人造光又会如何干扰自然的生物过程？研究团队希望，未来对扁形线虫干细胞系统的研究能够揭示神经组织如何适应和再生。

资深作者克里斯汀·特斯玛-雷布尔（维也纳大学、阿尔弗雷德·韦格纳研究所、奥尔登堡大学）总结道：“显然，基础研究对于揭示意想不到的现象至关重要，这有助于理解生命的生物复杂性以及人类活动可能造成的后果。”

概括

• 维也纳大学和阿尔弗雷德·韦格纳研究所的一个研究团队研究了成年海洋钢毛虫，这是一种越来越有价值的模型，可以用来揭示眼睛和大脑是如何发育的，以及光如何影响视觉以外的生物学。

• 科学家发现，杜氏扁形虫（Platynereis dumerilii）的眼睛在其一生中持续生长。这种终身生长是由一圈神经干细胞驱动的，该细胞环类似于某些脊椎动物体内存在的生长区，这些脊椎动物在成年后眼睛仍会继续增大。

• 他们的研究成果有助于解答一个长期存在的疑问：无脊椎动物和脊椎动物的相机式复眼是如何增大并保持功能的？这项研究表明，即使在进化谱系迥异的物种中，许多动物也依赖于共同的细胞策略来实现生长和适应。

• 通过证明扁形动物的眼睛依赖于这个干细胞环，这项研究使科学家们更接近于确定指导感觉器官进化的普遍原则。