Nature：海绵细胞暗示神经系统的起源

突触基因帮助细胞在海绵的消化腔中进行交流。

　　

           

这种淡水海绵(湖海绵)可能含有神经系统进化的线索。图片来源:威廉·科尔沃特/自然图片库

海绵是简单的生物，但它们是专业的滤食动物，每天通过它们的身体过滤成千上万升水来收集食物。由于它们没有大脑，甚至连一个神经元都没有，所以它们对这一复杂行为的掌握就更加引人注目了。

11月4日发表在《科学》(Science)杂志上的一项研究揭示，海绵使用一种复杂的细胞通信系统来调节它们的进食，并潜在地清除入侵的细菌。康涅狄格纽黑文耶鲁大学研究海洋无脊椎动物的进化生物学家凯西·邓恩说，这些发现有助于理解动物的神经系统是如何进化的。他说:“这是一项非常令人兴奋的研究，它让我们以新的视角看待海绵。”

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细胞之间经常进行交流，神经元通过微小的、有针对性的突触连接传递电信号或化学信号。此前的研究发现，尽管海绵缺乏神经元，但它们拥有编码蛋白质的基因，这些蛋白质通常有助于突触发挥作用。

为了发现是哪些细胞表达了这些基因，德国海德堡欧洲分子生物学实验室(EMBL)的进化生物学家德特勒夫·阿伦特和他的同事对一种淡水海绵(湖海绵)的不同细胞中的RNA进行了测序。

他们发现这种海绵有18种不同的细胞类型。突触基因在这些类型中有一些是活跃的，它们聚集在海绵的消化腔周围。这表明某种形式的细胞通讯可能会协调动物的滤食行为。

研究人员随后使用x射线成像和电子显微镜来研究这些细胞类型中的一种，他们称之为分泌神经细胞。扫描结果显示，类神经细胞伸出长长的手臂去接触囊细胞，囊细胞是一种有毛发状突起的细胞，它驱动海绵的水流系统并捕获它们的大部分食物。

电子显微镜显示神经细胞(紫色和红色)可以伸出它们的手臂与消化细胞(蓝色、绿色和黄色)交流。

神经系统的先驱

逐渐靠近的两个细胞类型和基因的表达,可能允许分泌的化学物质,研究人员认为这些武器使neuroids与环细胞交流,这样他们就可以暂停水流系统和清除任何碎片或外国微生物。然而，这些神经细胞不是神经，也没有突触的迹象，使神经元能够如此迅速地交流。相反，这种细胞类型可能代表了真正神经系统的进化前体，EMBL的进化生物学家雅各布·马瑟(Jacob Musser)说，他是这项研究的合著者。他说:“我们正处于一个中间点，从所有这些独立的部分到将它们更广泛地结合在一起，但还没有获得创建一个快速突触所需的所有相互连接。”

一些科学家说，把这些细胞称为神经系统的前体有点牵强。加州大学圣地亚哥分校的进化发展生物学家琳达·霍兰德说:“这很诱人，但很难确定。”她说，很难证明神经系统是由这种细胞通信系统进化而来，还是像一些研究小组提出的那样出现得更早，甚至是多次。加拿大埃德蒙顿阿尔伯塔大学的海洋生物学家萨利·莱伊说，事实上，许多其他生物，包括单细胞真核生物，都含有相同的突触基因。

缅因州刘易斯顿贝茨学院(Bates College)的发育遗传学家阿普丽尔·希尔(April Hill)希望，科学家们将这项研究及其方法作为进一步研究这种无处不在的海绵的“发射台”。她补充说，其他海绵是否也使用类似的蜂窝通信系统仍然是一个关键的未解之谜。