海綿中的細胞多樣性闡明神經(jīng)系統(tǒng)進化(Credit: Jacob Musser, Giulia Mizzon, Constantin Pape, Nicole Schieber / EMBL)
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)EurekAlert!：根據(jù)一項新的研究，位于海綿（我們最遠的細胞性闡動物親戚）的消化室中的特化細胞，可能代表了神經(jīng)系統(tǒng)進化的多樣起點。作者寫道：“我們的明神工作……將海綿放在闡明神經(jīng)系統(tǒng)進化的中心位置。”他們的經(jīng)系發(fā)現(xiàn)指出，參與調節(jié)進食和控制海綿微生物環(huán)境的統(tǒng)進細胞是動物內更高級細胞通訊的前體。
能夠相互直接交流的海綿化復雜和特化的后生動物細胞類型的進化起源尚不清楚。雖然多孔動物或海綿是細胞性闡多細胞的，但它們缺乏真正的多樣組織和器官，也沒有神經(jīng)、明神消化或循環(huán)系統(tǒng)。經(jīng)系相反，統(tǒng)進它們依靠流通多孔體的海綿化水來獲取食物、氧氣和排出廢棄物。細胞性闡然而，多樣盡管它們的組織簡單，海綿具有通常在更復雜動物的神經(jīng)元或肌肉中表達的基因，以及我們大腦用來建立突觸連接的基因。而且，他們可以進行全身收縮以清除體內的碎片。尚未識別能夠在這些無神經(jīng)系統(tǒng)的生物中進行這種協(xié)調交流的細胞，部分原因是研究基因在這些海綿細胞中的作用一直是一個技術障礙。
Jacob Musser和同事使用全身單細胞RNA測序，對淡水海綿（Spongilla lacustris）中的細胞類型進行了全面調查。Musser等人識別了18種不同的細胞類型，其中包括一些以前未知、無法識別或知之甚少的細胞類型。對于可收縮的松果細胞、變形吞噬細胞和分泌神經(jīng)樣細胞，作者描述了這些細胞與表達突觸交流中重要基因的消化性領細胞密切相關，它們都位于海綿的消化室周圍。神經(jīng)樣細胞的相關X射線和電子顯微鏡顯示支持消化室周圍細胞通訊的特化細胞被用于調節(jié)進食。
Musser等人主張說這些模塊可能已經(jīng)變得保守并被整合到后來動物神經(jīng)系統(tǒng)的突觸前和突觸后。
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（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)中國科學報（徐銳）：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，因此它們對這種復雜行為的掌握更令人印象深刻。
11月4日發(fā)表在《科學》上的一項研究表明，海綿利用一個復雜的細胞通信系統(tǒng)調節(jié)進食過程，并清除入侵的細菌。
“這是一項非常令人興奮的研究，它讓我們從新角度認識海綿。”美國耶魯大學研究海洋無脊椎動物的進化生物學家Casey Dunn說，這些發(fā)現(xiàn)有助于了解動物神經(jīng)系統(tǒng)是如何進化的。
細胞經(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的基因，這些蛋白質有助于突觸發(fā)揮功能。
為找到表達這些基因的細胞，歐洲分子生物學實驗室（EMBL）進化生物學家Detlev Arendt和同事，對淡水海綿不同細胞的RNA進行了測序。
他們發(fā)現(xiàn)，海綿有18種不同類型的細胞。其中一些細胞中的突觸基因是活躍的，而這些細胞通常聚集在海綿的消化腔周圍。這表明，某種形式的細胞通信可能協(xié)調著海綿的濾食行為。
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胞，他們將其稱為神經(jīng)分泌樣細胞。研究人員發(fā)現(xiàn)，這種神經(jīng)細胞會用長長的“觸手”接觸周圍的環(huán)細胞。環(huán)細胞是一種具有毛發(fā)狀突起的細胞，可驅動海綿的濾水系統(tǒng)捕獲食物。
基于這兩種細胞類型的相似性以及可分泌化學物質的基因表達，研究人員認為，這些具有“觸手”的類神經(jīng)細胞能夠與環(huán)細胞溝通，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)元快速進行交流。研究論文合著者、EMBL進化生物學家Jacob Musser說，相反，海綿中的這種細胞可能代表了真正神經(jīng)系統(tǒng)進化的先兆。
“我們處在從擁有獨立‘片段’到將它們更廣泛結合在一起的中間點，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。
有些科學家認為，目前還很難證明神經(jīng)系統(tǒng)是從海綿的這種細胞通信系統(tǒng)進化而來的。事實上，許多其他生物，包括單細胞真核生物在內，都含有相同的突觸基因。
科學家希望將這項研究及其方法作為進一步研究“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。
相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.abj2949
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