蠕蟲大腦:基因能否揭示大腦皮層與海生環節動物的共同祖先?

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海生蠕蟲可能看起來是低等、遲鈍的生物,但新的基因圖譜顯示,我們可能與它們擁有共同的古老智慧祖先。

人類認知主要根植於大腦皮層,大腦皮層是大腦中實現意識、語言和其他更高階功能的部分。我們與其他脊椎動物共享我們大腦的基本進化基礎,其他脊椎動物擁有被稱為大腦皮質的結構。


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雖然許多無脊椎動物(如昆蟲、蜘蛛和一些蠕蟲)缺乏大腦皮質,但它們擁有被稱為蘑菇體的結構——大腦的某些部分因其形狀像蘑菇而得名。蘑菇體和脊椎動物大腦皮質都負責一些感覺整合和記憶,一個研究團隊在一項新的研究中指出,它們“長期以來一直被認為是趨同適應”,該研究於9月2日在細胞雜誌線上發表。換句話說,之前的想法是這兩種大腦是從獨立的路徑進化而來的。

然而,該團隊提出,這兩種大腦結構確實共享一個共同的祖先,這個祖先可能生活在約6億年前。該小組的結論基於從正在發育的海生沙蟲(Platynereis dumerilii)蘑菇體中收集到的新的基因表達圖譜——“分子指紋”,這些圖譜可以與發育中的脊椎動物大腦皮質的基因表達模式進行比較。

這些特定的蠕蟲擁有超大的蘑菇體,並且已被證明能夠探索和學習。該團隊使用他們設計的一種稱為影像配準分析(PrImR)的新技術,檢查了這些蠕蟲在幼蟲發育初期的大腦中的基因表達模式。

“將發育中的沙蟲蘑菇體的分子指紋與關於脊椎動物大腦皮質的現有資訊進行比較,結果清楚地表明,它們過於相似,不可能是獨立起源的,”海德堡歐洲分子生物學實驗室發育生物學部門的德特勒夫·阿倫特以及這項新研究的合著者在一份準備好的宣告中說。

研究人員在論文中解釋說,基於“逐個基因”的比較,研究人員發現蠕蟲的蘑菇體和脊椎動物的大腦皮質“從相同的、分子定義的亞區域發育而來”。共享轉錄因子的重疊也支援了以下結論:這兩種結構“必定共享一個共同的進化前體”,正如阿倫特所說。

雖然並非愛因斯坦,但共同的進化祖先可能能夠使用其基礎大腦結構來整合感覺訊號——最有可能用於尋找食物,研究人員指出。

圖片:Platynereis大腦基因表達活動圖,由EMBL/R. Tomer提供

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