海綿是簡單的生物，但它們是過濾進食的專家，每天透過身體過濾數萬升水來收集食物。它們對這種複雜行為的掌握更加引人注目，因為它們沒有大腦，甚至連一個神經元都沒有。
11月4日發表在《科學》雜誌上的一項研究現在揭示，海綿使用複雜的細胞通訊系統來調節它們的進食，並可能清除入侵的細菌。康涅狄格州紐黑文市耶魯大學研究海洋無脊椎動物的進化生物學家 Casey Dunn 說，這些發現可能有助於理解動物神經系統是如何進化的。“這是一項非常令人興奮的研究，它讓我們以新的視角看待海綿，”他說。
細胞經常相互通訊，神經元透過稱為突觸的微小、有針對性的連線傳遞電訊號或化學訊號來進行通訊。先前的研究 發現，儘管動物缺乏神經元，但海綿擁有編碼通常幫助突觸發揮功能的蛋白質的基因。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞報道，方式是 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
為了發現哪些細胞正在表達這些基因，德國海德堡歐洲分子生物學實驗室 (EMBL) 的進化生物學家 Detlev Arendt 和同事對來自淡水海綿 (Spongilla lacustris) 的各種單個細胞中的 RNA 進行了測序。
他們發現海綿有 18 種不同的細胞型別。突觸基因在其中幾種型別中活躍，這些型別聚集在海綿的消化腔周圍。這表明某種形式的細胞通訊可能協調了動物的濾食行為。
然後，研究人員使用 X 射線成像和電子顯微鏡研究了其中一種細胞型別，他們稱之為分泌性神經樣細胞。掃描顯示，神經樣細胞伸出長臂到達領鞭毛細胞，領鞭毛細胞是一種帶有毛髮狀突起的細胞，驅動海綿的水流系統並捕獲它們的大部分食物。
神經系統前體
根據這兩種細胞型別的接近程度以及可能允許化學物質分泌的基因的表達，研究人員認為這些臂使神經樣細胞能夠與領鞭毛細胞通訊，從而使它們能夠暫停水流系統並清除任何碎屑或外來微生物。然而，這些神經樣細胞不是神經，也沒有神經元能夠如此快速地通訊的突觸的跡象。相反，這種細胞型別可能代表了真正神經系統的進化前體，EMBL 的進化生物學家 Jacob Musser 說，他是該研究的合著者。“我們正處於一箇中間點，你已經從擁有所有這些獨立的碎片發展到更廣泛地將它們聚集在一起，但你還沒有獲得建立快速突觸所需的所有互連性，”他說。
一些科學家表示，將這些細胞稱為神經系統的前體有些牽強。“這很誘人，但幾乎不是決定性的，”加利福尼亞大學聖地亞哥分校的進化發育生物學家 Linda Holland 說。她說，很難證明神經系統是從這種細胞通訊系統進化而來的，還是更早出現，或者 甚至多次出現，正如一些團體所提出的那樣。事實上，許多其他生物，包括單細胞真核生物，也包含相同的突觸基因，加拿大埃德蒙頓阿爾伯塔大學的海洋生物學家 Sally Leys 說。
緬因州劉易斯頓貝茨學院的發育遺傳學家 April Hill 希望科學家們將這項研究及其方法作為進一步研究這種無處不在的海綿的“跳板”。她補充說，其他海綿是否使用類似的細胞通訊系統仍然是一個關鍵的未解之謎。
本文經許可轉載，並於 首次發表 於 2021 年 11 月 5 日。