Comb jellies独特的融合神经元挑战进化思想

在栉水母的神经系统中，某些神经元直接相互融合，而不是通过突触连接——这一发现挑战了关于神经系统如何进化的理论。

栉水母，也被称为梳状水母，是一种凝胶状的海洋动物，它们使用细小的毛发在水中移动。它们是已知最早的多细胞生物之一，可用于研究神经系统的起源和进化。

英国牛津布鲁克斯大学的生物学家 Maike Kittelmann 和她的同事研究了处于幼虫阶段的栉水母的神经系统。该团队创建了栉水母神经网络的 3D 重建，这是一种扩散的神经元网络，是动物神经系统的一部分。他们使用电子显微镜拍摄多张图像，因为每次扫描后金刚石刀都会刮掉样品的顶部。然后将堆叠的图像重新组合以形成高分辨率 3D 数据集。

该团队发现了一个不寻常的特征：梳状果冻神经网络中的神经元不像其他任何动物的神经系统那样通过突触接头连接。相反，它们融合在一起并共享一个连续的膜，形成科学家所说的合胞体。

“当我们思考神经元以及它们如何连接形成神经系统时，我们总是假设神经元是独立的细胞，它们通过突触连接或突触进行交流，”Kittelmann 说。

构成连续膜的融合神经元是神经网络特有的。它们不存在于栉水母神经系统的其他部分，包括感觉细胞和触手神经。该结果于 4 月1 日20 日发表在《科学》杂志上，令 Kittelmann 和她的团队成员感到惊讶，他们想确定他们的发现。“这是一个相当大胆的声明，所以你不想发表你不是 100% 确定的东西，”Kittelmann 说。他们使用费力但分辨率非常高的透射电子显微镜来仔细检查是否不存在突触。“这很重要，它让我们确信我们所看到的不是人工制品。”

独立产地

Ctenophores 独特的神经网络支持这样一种观点，即它们的神经系统可以独立于其他动物的神经系统进化。康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学的进化生物学家 Casey Dunn 说：“很长一段时间以来，人们都认为神经系统出现一次就永远不会消失。” “我们了解到情况要微妙得多，”邓恩说。

以前，海绵被认为是所有其他动物的姐妹群，在神经元起源之前就已经从生命之树中分化出来。但 Kittelmann 的最新结果以及其他发现表明，栉水母可能是姊妹类，它们独立发育了神经系统。

位于圣奥古斯丁的佛罗里达大学惠特尼海洋生物科学实验室的神经科学家 Leonid Moroz 在 2014 年调查了这一假设2。他的团队分析了一种栉水母的基因组，发现该序列遗漏了在其他动物身上发现的重要基因，包括与神经功能有关的基因。这促使 Moroz 和他的同事假设栉水母独立进化出一个神经系统。当时，这些结果遭到了质疑。“大多数人都说这是一个疯狂的想法，”莫罗兹说。“这违背常识。” 他认为最新研究的数据支持了栉水母神经系统独立进化的假说。“我认为这篇论文是未来探索的一个很好的催化剂。”

Moroz 补充说，该团队在动物神经网络的 3D 重建方面做了“了不起的工作”，但指出它只描绘了数千个神经网络神经元中的 5 个。“我认为这是一条漫长道路的开始。”

结果还重新点燃了一场长达百年的辩论，涉及两位神经科学家，他们因在神经系统结构方面的工作而分享了 1906 年诺贝尔生理学或医学奖。生物学家卡米洛·高尔基 (Camillo Golgi) 提出动物神经细胞形成了一个连续的、连接的网络，而神经科学家圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔 (Santiago Ramón y Cajal) 则认为，神经元是通过突触连接的不同细胞。卡哈尔的理论后来被电子显微镜证实，争论才得以平息。但最新的发现表明，高尔基的理论也可能有价值。

Kittelmann 说，下一步将是研究其他种类的栉水母，并研究它们处于不同的发育阶段。

邓恩说梳状水母经常被认为是古怪的动物。“人们对栉水母神经系统知之甚少，考虑到它们对理解神经系统进化的重要性，这确实令人惊讶，”他说。“作者正在填补一些非常重要的漏洞。”