海绵中的细胞多样性阐明神经系统进化

海绵中的细胞多样性阐明神经系统进化(Credit: Jacob Musser, Giulia Mizzon, Constantin Pape, Nicole Schieber / EMBL)
（神秘的地球uux.cn报道）据EurekAlert!：根据一项新的研究，位于海绵（我们最远的细胞性阐动物亲戚）的消化室中的特化细胞，可能代表了神经系统进化的多样起点。作者写道：“我们的明神工作……将海绵放在阐明神经系统进化的中心位置。”他们的经系发现指出，参与调节进食和控制海绵微生物环境的统进细胞是动物内更高级细胞通讯的前体。
能够相互直接交流的海绵化复杂和特化的后生动物细胞类型的进化起源尚不清楚。虽然多孔动物或海绵是细胞性阐多细胞的，但它们缺乏真正的多样组织和器官，也没有神经、明神消化或循环系统。经系相反，统进它们依靠流通多孔体的海绵化水来获取食物、氧气和排出废弃物。细胞性阐然而，多样尽管它们的组织简单，海绵具有通常在更复杂动物的神经元或肌肉中表达的基因，以及我们大脑用来建立突触连接的基因。而且，他们可以进行全身收缩以清除体内的碎片。尚未识别能够在这些无神经系统的生物中进行这种协调交流的细胞，部分原因是研究基因在这些海绵细胞中的作用一直是一个技术障碍。
Jacob Musser和同事使用全身单细胞RNA测序，对淡水海绵（Spongilla lacustris）中的细胞类型进行了全面调查。Musser等人识别了18种不同的细胞类型，其中包括一些以前未知、无法识别或知之甚少的细胞类型。对于可收缩的松果细胞、变形吞噬细胞和分泌神经样细胞，作者描述了这些细胞与表达突触交流中重要基因的消化性领细胞密切相关，它们都位于海绵的消化室周围。神经样细胞的相关X射线和电子显微镜显示支持消化室周围细胞通讯的特化细胞被用于调节进食。
Musser等人主张说这些模块可能已经变得保守并被整合到后来动物神经系统的突触前和突触后。
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（神秘的地球uux.cn报道）据中国科学报（徐锐）：海绵是一种十分简单的生物，它们是“滤食大师”，每天可过滤数万升的水以收集食物。海绵没有大脑，甚至连一个神经元都没有，因此它们对这种复杂行为的掌握更令人印象深刻。
11月4日发表在《科学》上的一项研究表明，海绵利用一个复杂的细胞通信系统调节进食过程，并清除入侵的细菌。
“这是一项非常令人兴奋的研究，它让我们从新角度认识海绵。”美国耶鲁大学研究海洋无脊椎动物的进化生物学家Casey Dunn说，这些发现有助于了解动物神经系统是如何进化的。
细胞经常相互交流，神经元也是如此。它们通过微小、有针对性、被称为突触的连接传递电信号或化学信号。
此前的研究发现，尽管海绵没有神经元，但它们拥有编码蛋白质的基因，这些蛋白质有助于突触发挥功能。
为找到表达这些基因的细胞，欧洲分子生物学实验室（EMBL）进化生物学家Detlev Arendt和同事，对淡水海绵不同细胞的RNA进行了测序。
他们发现，海绵有18种不同类型的细胞。其中一些细胞中的突触基因是活跃的，而这些细胞通常聚集在海绵的消化腔周围。这表明，某种形式的细胞通信可能协调着海绵的滤食行为。
于是，研究人员利用X射线成像和电子显微镜研究了其中一种类型的细胞，他们将其称为神经分泌样细胞。研究人员发现，这种神经细胞会用长长的“触手”接触周围的环细胞。环细胞是一种具有毛发状突起的细胞，可驱动海绵的滤水系统捕获食物。
基于这两种细胞类型的相似性以及可分泌化学物质的基因表达，研究人员认为，这些具有“触手”的类神经细胞能够与环细胞沟通，从而可暂停海绵的滤水系统，以清除碎屑或外来微生物。
然而，这些神经样细胞并未组成真的神经系统，也没有迹象表明突触能使神经元快速进行交流。研究论文合著者、EMBL进化生物学家Jacob Musser说，相反，海绵中的这种细胞可能代表了真正神经系统进化的先兆。
“我们处在从拥有独立‘片段’到将它们更广泛结合在一起的中间点，但还没有获得创建快速传递信息的突触所需的互连性。”Musser说。
有些科学家认为，目前还很难证明神经系统是从海绵的这种细胞通信系统进化而来的。事实上，许多其他生物，包括单细胞真核生物在内，都含有相同的突触基因。
科学家希望将这项研究及其方法作为进一步研究“无处不在”的海绵的“出发点”，而其他海绵是否拥有类似的“蜂窝”通信系统，仍然是一个未解之谜。
相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.abj2949

(责任编辑：焦点)