海参中发现与海星和海胆同源的绵状体结构揭示棘皮动物排泄器官进化新证据

《Doklady Biological Sciences》：Holothuroidea Have Spongy Bodies Homologous to Spongy Bodies of Echinoidea and Tiedemann’s Bodies of Asteroidea

本研究首次在无足目海参Chiridota laevis中发现与海胆绵状体(Echinoidea spongy bodies)和海星蒂氏体(Asteroidea Tiedemann's bodies)同源的器官结构。通过显微解剖学技术证实这些位于间步带的器官由体腔管突起和血腔隙组成，可能承担排泄功能。该发现为棘皮动物水管系统进化及触手退化机制提供了重要形态学证据，对理解后口动物器官同源性具有里程碑意义。

　　

在浩瀚的海洋中，棘皮动物以其独特的五辐对称结构和精巧的水管系统(water vascular system)独树一帜。这类包括海星、海胆和海参在内的古老生物，拥有由幼虫左侧第二体腔演化而来的特殊循环系统——由围口环(water ring)和放射管(radial water vascular canals)构成的水管系统，驱动着它们的运动与取食。然而，一个困扰学界多年的谜题是：在不同类群的棘皮动物中，那些位于水管系统关键位置的奇特器官——海胆的绵状体(spongy bodies)和海星的蒂氏体(Tiedemann's bodies)——是否在看似形态迥异的海参中同样存在对应结构？

2025年发表于《Doklady Biological Sciences》的研究给出了突破性答案。莫斯科国立大学的Ezhova和Malakhov院士通过对白海采集的光滑指参(Chiridota laevis)进行系统研究，首次在海参中发现了与海胆绵状体和海星蒂氏体同源的器官结构。这些微小的绵状体直径约50μm，位于触手基部间步带(interradii)区域，由连接水管环与触手体腔(tentacular coelom)的体腔管突起形成，周围环绕着血腔隙(haemocoelic lacunae)。这一发现不仅填补了棘皮动物比较解剖学的重要空白，更为了解后口动物(deuterostomes)器官进化提供了关键线索。

研究方法上，研究人员采用标准组织学技术处理样本，包括乙醇梯度脱水、石蜡包埋、Leica RM 2125RTS切片机制备5μm连续切片，并通过Carracci苏木精染色进行显微结构观察。样本来自白海坎达拉克沙湾4-40米水深采集的3个个体。

位置与结构特征

通过系列矢状和横断面分析，发现C. laevis绵状体位于触手基部连接水管环与触手体腔的管道处。该器官由体腔管突起网络构成，突起间分布血腔隙，突起壁由高约5μm的扁平上皮组成，缺乏触手体腔特有的肌肉层。

同源性判定

根据Remane同源性准则的第一（相对位置）和第二（特殊性质）标准，研究确认海参绵状体与海胆绵状体、海星蒂氏体具有同源关系。三者均位于间步带，由交织的体腔管和血腔隙构成，且指示着退化触手的位置。值得注意的是，海参绵状体尺寸（50μm）显著小于同等大小海胆（100-120μm）和海星中的对应器官。

功能与进化意义

研究提出这些器官可能承担排泄功能，作为棘皮动物的"附加肾脏"。其超滤机制与轴向器官(axial organ)相似，通过血腔与体腔间的基底膜和细胞间隔实现液体超滤。与多数海参水管系统不与外界连通的特点相符，其绵状体明显退化，这解释了其小型化特征。从进化视角看，海参是唯一保留触手的棘皮动物类群，其触手体腔与笔石类（羽鳃类）Graptolithoidea(Pterobranchia)的触手系统同源，支持了三胚层动物(triploblastic animals)第二体节（围口节）触手同源假说。

这项研究不仅证实了棘皮动物主要类群间器官系统的深层次同源关系，还揭示了水管系统与排泄系统协同进化的新模式。对于理解后口动物器官系统进化、特别是体腔衍生结构的命运决定机制提供了关键证据，为未来开展Evo-Devo（进化发育生物学）研究奠定了重要基础。