Nature：大脑的起源

　　

生物通报道  在本周的《自然》（Nature）杂志上，来自芝加哥大学的研究人员报告称他们在橡子蠕虫（acorn worm）发现了一些调控脊椎动物大脑发育的遗传进程。

异常复杂的脊椎动物大脑的起源颇有些神秘。“在进化方面，它基本上就像不知道从何处冒出来的。你在其他的动物中看不到解剖学上与它相似的东西，”芝加哥大学研究生、伍兹霍尔海洋生物学实验室（MBL）研究人员Ariel Pani说。

在这篇文章中，科学家们致力找寻了脊椎动物胚胎中三个“信号传送中心”的古老证据。这三个信号传送中心是构成大脑发育基础的无形支架的主要组成元件。这些信号传送中心标志性的分子特征几乎在脊椎动物进化近亲无脊椎动物海鞘和文昌鱼中完全丧失。这表明这些信号传送中心是在脊椎动物中才开始形成的。

然而，令人惊讶地是，科学家们在相对较远亲缘关系的橡子蠕虫中却发现了高度相似的信号传送中心。橡子蠕虫的胚胎缺乏可与脊椎动物大脑媲美的神经系统结构，它们在5千万年前便从脊椎动物中分离出来。Pani和同事们发现在橡子蠕虫中，信号传送中心主导了胚胎主体的形成。

Pani说：“这表明橡子蠕虫是半索类动物和脊椎动物的最近的共同祖先，尽管它大体上没有脊椎动物样神经系统，只是拥有一些非常复杂的脊椎动物样的机制来建立它的主体。这一研究最广泛的意义之一在于让我们知道奇异的、湿软的海生动物也可提供信息，让我们了解到脊椎动物的发育和遗传是以一种你未预想的方式进化的。”

至于海鞘则无需担心：因为它不会被橡子蠕虫篡夺地位。“如果我们希望了解脊椎动物的进化，文昌鱼和海鞘仍是我们观察的首选动物。但是如果我们想了解不同之处，我们现在就知道看看解剖学上有差异的动物也是非常重要的，从这些动物上你将意外地找到一些令人注目的相似之处。我认为这一原则广泛适用于了解动物的进化，”Pani说。

MBL采集和保存了超过200种不同的海洋动物类型，长期以来一直是开展进化和发育比较研究的重要研究中心。Pani 说：“MBL为科学家们提供了宝贵的角度，能够以一种相当直接地方式来开展研究。随着基因测序技术的发展和新技术的不断开发，现在很多研究人员能够在任何感兴趣的地方自由地选择一种动物，以从前无法想象的速度追踪它的研究进展。我认为它将产生相当的影响。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Ancient deuterostome origins of vertebrate brain signalling centres

Neuroectodermal signalling centres induce and pattern many novel vertebrate brain structures but are absent, or divergent, in invertebrate chordates. This has led to the idea that signalling-centre genetic programs were first assembled in stem vertebrates and potentially drove morphological innovations of the brain. However, this scenario presumes that extant cephalochordates accurately represent ancestral chordate characters, which has not been tested using close chordate outgroups. Here we report that genetic programs homologous to three vertebrate signalling centres—the anterior neural ridge, zona limitans intrathalamica and isthmic organizer—are present in the hemichordate Saccoglossus kowalevskii. Fgf8/17/18 (a single gene homologous to vertebrate Fgf8, Fgf17 and Fgf18), sfrp1/5, hh and wnt1 are expressed in vertebrate-like arrangements in hemichordate ectoderm, and homologous genetic mechanisms regulate ectodermal patterning in both animals. We propose that these genetic programs were components of an unexpectedly complex, ancient genetic regulatory scaffold for deuterostome body patterning that degenerated in amphioxus and ascidians, but was retained to pattern divergent structures in hemichordates and vertebrates.