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微小的海洋生物颠覆了动物神经系统如何进化的观念

2020-02-19 15:03:31来源:

对一些世界上最晦涩的海洋生物的研究表明,中枢神经系统独立进化了几次,而不是像以前认为的那样一次进化。

这些无脊椎动物属于散布在整个动物进化树中的科,它们表现出多种中枢神经索结构。该论文的作者们于12月13日在《自然》杂志上发表了一篇论文,报告指出,这些生物还激活了其他经过充分研究的动物中与神经系统发育有关的基因,但它们通常以非神经方式进行。

北卡罗来纳州达勒姆市杜克大学的进化发育生物学家格雷格·雷(Greg Wray)说:“他的祖先中枢神经带概念至关重要。”“如果我们在中枢神经索在不同谱系中独立进化,为什么它们有这么多相似性呢?”这给我们带来了很多问题的答案。

1875年,德国动物学家安东·多尔恩(Anton Dohrn)注意到,在长度方向上穿过无脊椎动物(包括earth在内的一组无脊椎动物)的身体的中枢神经线与脊椎动物脊柱中的神经线之间在解剖学上相似。他建议,这群人的古老祖先的神经线沿腹部延伸,就像在肘类动物中看到的那样。他还建议,在最近出现的所有脊椎动物中,这种绳索都向身体后侧翻转。

一个多世纪以后,进化发育生物学家重新发现了与脊椎动物中枢神经线发育有关的相同基因,这也激发了果蝇苍蝇和海洋无脊椎动物Ptynereiis dumerilii2的神经线被激活。类似的基因表达强调了这种概念,即脐带可以追溯到一个共同的祖先。

发展辩论

但是,研究人员在观察了橡子蠕虫中一组这类基因的表达后,对这种理论提出了质疑,其中包括一个名为bmp的基因。他们发现这些动物的bmp在其发育的早期即被激活,直到它们形成两条沿身体两侧延伸的神经线。科学家认为bmp有助于为发育中的胚胎中的细胞提供坐标。但是,许多生物学家并没有放弃bmp结合异种物种的神经线的想法,而是建议橡子蠕虫可能是以不同方式使用该基因的例外。毕竟,他们有异常的双神经索。

挪威卑尔根萨斯国际海洋分子生物学中心的进化发育生物学家,《自然》杂志的资深作者安德烈亚斯·赫伊诺尔(Andreas Hejnol)非常着迷。他说:“以为,你不应该把动物叫怪异。”“动物告诉你谁很奇怪。”?

为了寻找具有不同神经系统的生物,Hejnol小组乘船探索了瑞典和挪威的峡湾。他们筛选了从海底挖出的污泥,并探查了海参的内胆以发现掩埋在其中的寄生虫。科学家们还搜寻了华盛顿州外的多岩石的海岸。

研究小组收集的一些最细小的蠕虫,属于动物进化树Xenacoelomorpha中的一个古老谱系,它们拥有过多的神经系统。例如,博克氏异动杆菌(Xenoturbella bocki)没有中枢神经线,而是像水母一样的神经网。 Isodiametra pulchra有八根神经线;和脊椎动物一样,Meara stichopi的背部有一条神经线。

各种形式的线

就像橡子蠕虫一样,这些小小的蠕虫在胚胎发育早期就在神经索形成之前激活了bmp。此外,Hejnol阻断了蛋白途径,并发现动物的神经索无论如何都会发育。结果表明,它们在构造神经索方面与小鼠,苍蝇和其他经过充分研究的动物不同。

Hejnol研究小组在灯罩上以保护罩的形状命名的海洋生物中,尽管这些生物没有中枢神经线,但随着灯罩的发展,先前与中枢神经线相关的其他基因也会开启。轮毂轴承,nemerteans和其他奇特的动物之间的分歧仍在继续。

Hejnol得出结论,发现在脊椎动物,苍蝇和某些类Annelids的基础基因在早期祖先中的功能不同,而是随着不同的动物谱系进化出自己的中枢神经元而在不同的时间点整合到神经系统中。

但是,加利福尼亚大学圣地亚哥分校的进化生物学家琳达·霍兰德(Linda Holland)尚未做好发表这一声明的准备。她说,海诺尔研究的生物可能反而偏离了祖先的境况。她补充说,也许不可能知道祖先的模样,因为自从这些谱系彼此分裂以来已经经历了超过5亿年的进化。她说:“可能有点不舒服,”我坐在栅栏上。

Wray准备抛弃Dohrn单一血统的场景,但他怀疑事实真微妙。他说:“中枢神经索的某些成分很可能是古代进化时代所维护的,而其中的某些成分则位于其上。” / p>