海綿是一種十分簡單的生物，它們是“濾食大師”，每天可過濾數(shù)萬升的水以收集食物。海綿沒有大腦，甚至連一個神經(jīng)元都沒有，因此它們對這種復(fù)雜行為的掌握更令人印象深刻。
11月4日發(fā)表在《科學(xué)》上的一項研究表明，海綿利用一個復(fù)雜的細(xì)胞通信系統(tǒng)調(diào)節(jié)進(jìn)食過程，并清除入侵的細(xì)菌。
“這是一項非常令人興奮的研究，它讓我們從新角度認(rèn)識海綿。”美國耶魯大學(xué)研究海洋無脊椎動物的進(jìn)化生物學(xué)家Casey Dunn說，這些發(fā)現(xiàn)有助于了解動物神經(jīng)系統(tǒng)是如何進(jìn)化的。
細(xì)胞經(jīng)常相互交流，神經(jīng)元也是如此。它們通過微小、有針對性、被稱為突觸的連接傳遞電信號或化學(xué)信號。
此前的研究發(fā)現(xiàn)，盡管海綿沒有神經(jīng)元，但它們擁有編碼蛋白質(zhì)的基因，這些蛋白質(zhì)有助于突觸發(fā)揮功能。
為找到表達(dá)這些基因的細(xì)胞，歐洲分子生物學(xué)實驗室(EMBL)進(jìn)化生物學(xué)家Detlev Arendt和同事，對淡水海綿不同細(xì)胞的RNA進(jìn)行了測序。
他們發(fā)現(xiàn)，海綿有18種不同類型的細(xì)胞。其中一些細(xì)胞中的突觸基因是活躍的，而這些細(xì)胞通常聚集在海綿的消化腔周圍。這表明，某種形式的細(xì)胞通信可能協(xié)調(diào)著海綿的濾食行為。
于是，研究人員利用X射線成像和電子顯微鏡研究了其中一種類型的細(xì)胞，他們將其稱為神經(jīng)分泌樣細(xì)胞。研究人員發(fā)現(xiàn)，這種神經(jīng)細(xì)胞會用長長的“觸手”接觸周圍的環(huán)細(xì)胞。環(huán)細(xì)胞是一種具有毛發(fā)狀突起的細(xì)胞，可驅(qū)動海綿的濾水系統(tǒng)捕獲食物。
基于這兩種細(xì)胞類型的相似性以及可分泌化學(xué)物質(zhì)的基因表達(dá)，研究人員認(rèn)為，這些具有“觸手”的類神經(jīng)細(xì)胞能夠與環(huán)細(xì)胞溝通，從而可暫停海綿的濾水系統(tǒng)，以清除碎屑或外來微生物。
然而，這些神經(jīng)樣細(xì)胞并未組成真的神經(jīng)系統(tǒng)，也沒有跡象表明突觸能使神經(jīng)元快速進(jìn)行交流。研究論文合著者、EMBL進(jìn)化生物學(xué)家Jacob Musser說，相反，海綿中的這種細(xì)胞可能代表了真正神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)化的先兆。
“我們處在從擁有獨立‘片段’到將它們更廣泛結(jié)合在一起的中間點，但還沒有獲得創(chuàng)建快速傳遞信息的突觸所需的互連性。”Musser說。
有些科學(xué)家認(rèn)為，目前還很難證明神經(jīng)系統(tǒng)是從海綿的這種細(xì)胞通信系統(tǒng)進(jìn)化而來的。事實上，許多其他生物，包括單細(xì)胞真核生物在內(nèi)，都含有相同的突觸基因。
科學(xué)家希望將這項研究及其方法作為進(jìn)一步研究“無處不在”的海綿的“出發(fā)點”，而其他海綿是否擁有類似的“蜂窩”通信系統(tǒng)，仍然是一個未解之謎。(徐銳)
關(guān)鍵詞： 海綿細(xì)胞 神經(jīng)起源線索 海綿 神經(jīng)元
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