Cell子刊：乌贼和章鱼的大脑是怎么来的

哈佛大学的一项研究研究了头足类动物是如何发展它们的大大脑的

　　

   

   

图:卵囊中的四个鱿鱼胚胎。这是一种叫Doryteuthis pealeii的鱿鱼。    

头足类动物——包括章鱼、乌贼和它们的墨鱼表亲——能够做出一些真正有魅力的行为。它们可以快速处理信息，改变形状、颜色甚至纹理，与周围环境融为一体。它们还能交流，表现出空间学习的迹象，并使用工具解决问题。它们太聪明了，甚至会感到无聊。

这不是什么秘密:头足类动物拥有地球上所有无脊椎动物中最复杂的大脑。然而，这个过程仍然是个谜。基本上，科学家们一直想知道头足类动物最初是如何获得它们的大大脑的?哈佛大学的一个实验室研究了这些软体生物的视觉系统——这是它们三分之二的中央处理组织的焦点——相信他们已经接近弄清楚了。他们说，这个过程看起来非常熟悉。

FAS系统生物学中心的研究人员描述了他们如何使用一种新的实时成像技术来观察胚胎中神经元的生成，几乎是实时的。然后，他们能够通过视网膜神经系统的发育来追踪这些细胞。他们所看到的令他们吃惊。

他们追踪的神经干细胞的行为与脊椎动物神经系统发育过程中这些细胞的行为惊人地相似。这表明，尽管脊椎动物和头足类动物在5亿年前就开始分化，但它们不仅使用相似的机制来制造它们的大大脑，而且这一过程以及细胞活动、分裂和形成的方式可能从根本上规划了发展这种神经系统所需的蓝图。

“我们的结论令人惊讶，因为我们对脊椎动物神经系统发育的很多了解一直被认为是这一谱系所特有的，”约翰·哈佛大学杰出研究员、该研究的资深作者克里斯汀·科尼格说。“通过观察这一过程非常相似的事实，它向我们表明，这两个独立进化的非常大的神经系统使用相同的机制来构建它们。这表明，动物在发育过程中使用的那些机制——这些工具——可能对构建大型神经系统很重要。”

研究人员聚焦在鱿鱼的视网膜上，它叫做Doryteuthis pealeii更简单地说，它是一种长鳍乌贼。这种鱿鱼可以长到一英尺长，在大西洋西北部大量存在。作为胚胎，它们有着大大的头和大大的眼睛，看起来非常可爱。

研究人员使用的技术与研究果蝇和斑马鱼等模型生物时流行的技术类似。他们发明了特殊的工具，并使用尖端显微镜，每十分钟拍摄一次高分辨率的图像，连续数小时观察单个细胞的行为。研究人员使用荧光染料来标记这些细胞，这样他们就可以绘制它们的地图并跟踪它们。

这种实时成像技术使研究小组能够观察被称为神经祖细胞的干细胞以及它们是如何组织的。这些细胞形成一种特殊的结构，称为假分层上皮。它的主要特征是细胞被拉长，因此它们可以密集地排列。研究人员还看到这些结构的细胞核在分裂前后上下移动。他们说，这种运动对保持组织有序和持续生长非常重要。

这种结构在脊椎动物大脑和眼睛的发育过程中是普遍存在的。历史上，这被认为是脊椎动物神经系统能够长得如此庞大和复杂的原因之一。科学家们已经在其他动物身上观察到这种类型的神经上皮细胞，但他们在这个例子中观察到的鱿鱼组织在大小、组织和细胞核移动的方式上与脊椎动物的组织异常相似。

这项研究由科尼格实验室的研究助理弗朗西斯卡·r·纳波利和克里斯蒂娜·m·戴利领导。

下一步，该实验室计划观察头足类动物大脑中不同类型的细胞是如何出现的。柯尼格想要确定它们是否在不同的时间表达，它们如何决定成为一种神经元而不是另一种，以及这种行为在物种间是否相似。

柯尼格对未来的潜在发现感到兴奋。

科尼格说:“这类工作的一大收获就是研究生命多样性的价值。”“通过研究这种多样性，你实际上可以回到我们自身发展和生物医学相关问题的基本想法。你真的可以回答这些问题。”

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Cephalopod retinal development shows vertebrate-like mechanisms of neurogenesis