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研究證實動物神經系統經歷若干次獨立進化

5月
13
2018

2018年5月13日05時 今日科學 科學網

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Xenoturbella bocki

圖片來源:Ulf Jondelius

對全世界最隱蔽的一些海洋生物開展的研究顯示,正如此前認為的那樣,中樞神經系統經歷了若干次的獨立進化,而不是一次。

被討論的無脊椎動物屬於散布在動物進化樹上的各個家族,並且在中樞神經索結構上表現出多樣性。這些生物還激活了涉及其他得到充分研究的動物神經系統發育的基因,比如bmp基因。只不過,前者以非神經的方法做到了這一點。研究人員在日前出版的《自然》雜誌上報告這一發現。

「這為我們尚未回答的很多問題,比如中樞神經索是否在不同支系中獨立進化出來以及它們為何擁有如何多的相似性,提供了線索。」美國杜克大學進化發育生物學家Greg Wray表示。

為尋找擁有多樣化神經系統的生物,挪威Sars海洋分子生物學國際中心進化發育生物學家Andreas Hejnol帶領團隊乘船探尋了瑞典和挪威的峽灣。他們篩選了從海床撈起的污泥,並且研究了海參的腸道,以尋找埋在裡面的寄生蟲。科學家還搜尋了華盛頓州附近島嶼充滿岩石的海岸。

該團隊收集的一些最微小的蠕蟲屬於動物進化樹上一個名為Xenacoelomorpha的古老分支,並且擁有大量神經系統。例如,Xenoturbella bocki沒有中樞神經索,但擁有和水母類似的神經網;Isodiametra pulchra擁有8個神經索;Meara stichopi則和脊椎動物一樣,擁有一個沿著後背延伸的神經索。

和在柱頭蟲中一樣,這些極小的蠕蟲在神經索形成前的胚胎髮育早期便激活了bmp基因。更重要的是,Hejnol阻擋了該蛋白通路,然後發現這些動物的神經索依然在發育。這些結果表明,它們構建神經索的方式不同於小鼠、果蠅以及其他得到充分研究的動物。

對於腕足動物(以其保護層形狀命名的海洋生物)來說,Hejnol團隊發現,在這些動物發育時,此前同中樞神經索存在關聯的其他基因被激活,儘管它們並沒有中樞神經索。這種不一致在紐蟲和其他奇怪的動物中繼續存在。

Hejnol推斷,同脊椎動物、果蠅和一些環節動物中樞神經索存在關聯的基因在早期祖先中以不同的方式發揮作用,並且在不同的動物支系進化出屬於自己的中樞神經索時被融合進神經系統的不同位置。(宗華)


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