我們最早的無脊椎動物祖先沒有大腦。然而，經過數億年的發展，我們和其他脊椎動物已經進化出了極其複雜的心智機制。“它一定在某處有進化根源，但會在哪裡呢？” 《自然》雜誌編輯亨利·吉在一篇論文中寫道，該論文發表在該雜誌3月15日刊。（《大眾科學》是自然出版集團的一部分。）
多年對常見的無脊椎動物實驗室物件的研究，例如文昌魚（Branchiostoma lanceolatum）或線蟲，對於我們所有人作為胚胎髮育的大的、集中化的大腦的起源，幾乎沒有提供證據。直到研究人員將目光轉向不起眼的柱頭蟲（Saccoglossus kowaleskii）。
這些不起眼、簡單的小蠕蟲一生中的大部分無腦生活都埋在深海海底。研究人員探測了它們發育中的幼蟲的基因模式，認為他們可能發現了一組與我們用來構建中樞神經系統的訊號相似的訊號。這些發現發表在同一期《自然》雜誌的線上版上。
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但並非所有無脊椎動物界的成員都相信已經發現了脊椎動物大腦的早期先驅。而且，在尋找我們自身大腦的起源的探索中，這些小蠕蟲似乎正在引起爭議。
從簡單到複雜
我們所有的特徵——從我們的大腦到我們的骨骼——都是從原始泥漿中最簡單的基因模式的細化中產生的。但科學家們一直渴望找出他們可以將關鍵發展追溯到多遠，例如刺激我們中樞神經系統發展的訊號。
“脊椎動物的大腦確實非常複雜而精細，”斯坦福大學的研究生、新論文的合著者阿里埃爾·帕尼說。大腦在發育過程中受到一長串基因決定的訊號的提示而形成。“脊椎動物中存在一些特定的發育過程，這些過程似乎在其他物種中不存在”——或者至少在那些最常被研究的物種中，例如文昌魚，帕尼指出。因此，許多科學家曾認為這些基因工具僅隨著脊椎動物譜系本身而出現。
這就是半索動物門的成員，如S. kowaleskii，可以拓寬對我們共同的無脊椎動物過去的視野的地方。這種蠕蟲與脊椎動物的最後共同祖先可能生活在5億多年前。那麼，這種古老的祖先是否已經包含了大腦袋的基因基礎，並且這種能力是否在更常見的無脊椎動物物件中已經消失了？
簡陋的基礎
從少數細胞到完整大腦的道路在進化時間上花費了數億年。但在胚胎髮育過程中，這個複雜的過程只需幾天或幾個月。在動物的胚胎階段，蛋白質簇——稱為訊號中心——有助於刺激身體不同部位的形成。脊椎動物的三個主要訊號區域——前神經嵴、丘腦界區和峽部組織者——負責啟動中樞神經系統內的主要劃分，例如分離大腦的中部和後部。
帕尼和他的同事報告說，他們在柱頭蟲胚胎中發現了三個類似的訊號中心。這些基因線索在無腦蠕蟲中做什麼？它們似乎在引導動物的外胚層（包含感覺細胞）沿著動物的圓周分佈（不同於脊椎動物中發現的集中神經束）。根據帕尼和他的同事的說法，這些線索在文昌魚及其無脊椎動物脊索動物同伴中不存在，這表明它們隨著時間的推移而丟失了這些線索。
帕尼解釋說，這將意味著脊椎動物的大腦“並沒有發明全新的機制——它利用現有的機制來開發全新的結構。” 如果基因組是生物體的眾所周知的藍圖集，那麼參與胚胎髮育的訊號中心就像腳手架的早期部件。“脊椎動物具有相同的框架，並將其變成非常豪華的弗蘭克·勞埃德·賴特住宅，而半索動物則將其變成了小村舍。”
混合訊號
但並非所有人都相信這些令人聯想起的訊號中心真的是最初發出早期神經系統複雜性訊號的信標。斯克裡普斯海洋研究所的研究生物學家琳達·霍蘭德說，研究人員發現的基因相互作用參與了身體模式的形成，將它們的頭部與尾部分開——僅此而已，她沒有參與這項新研究。“動物擁有基因網路的一部分”而不擁有整個工作機制的情況並不少見，她指出。
她研究文昌魚，並且不相信所有這些訊號中心最終都從她的研究物件中消失了。她認為，文昌魚和其他無脊椎動物已經失去了這些訊號中心的說法是“完全超出範圍的”。 “我認為文昌魚界將會群情激憤。”
她還懷疑帕尼和他的同事發現的訊號是否像論文描述的那樣清晰和簡單。她指出，這些基因可能有助於區分蠕蟲的前後，但可能僅此而已。“半索動物可能已經具備了[這種]機制的某些部分，但它比研究結果表明的要混亂得多，”她說。
霍蘭德指出，還需要對柱頭蟲、文昌魚和其他現存的無脊椎動物進行更多的研究。帕尼並沒有否定文昌魚作為進化研究的首選生物。但他認為，研究人員不應將自己侷限於一個模型物件。“如果你看到它和脊椎動物之間存在差異，你就不能在不進一步研究的情況下斷定它們是脊椎動物獨有的。”
尋找古代祖先也有助於闡明早期動物如何發展出它們的基本身體結構和神經系統。“關於那個共同祖先的神經系統會是什麼樣子，仍然存在很大爭議，”帕尼說。對 5 億年前的小型軟體無脊椎動物的化石進行解讀可能很困難。“沒有時間機器，我們就束手無策了，”霍蘭德說。
我們複雜大腦的起源仍然存在爭議，帕尼說，“我猜它會一直保持這種狀態。”