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神經(jīng)細(xì)胞是除海綿和扁盤動物以外的所有動物神經(jīng)組織的主要組成部分。科學(xué)家認(rèn)為產(chǎn)生電信號的能力最早出現(xiàn)在 7 億年前，而在最新的研究中，科學(xué)家通過對扁盤動物進(jìn)行“細(xì)胞普查”，發(fā)現(xiàn)這種起源于 8 億年前的動物體內(nèi)的肽能細(xì)胞可能就是神經(jīng)細(xì)胞的前身。

文| 聞靜

神經(jīng)細(xì)胞是特殊的細(xì)胞，具有一些其他所有真核細(xì)胞共有的結(jié)構(gòu)，例如細(xì)胞體、細(xì)胞核、光滑粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體、線粒體和其他細(xì)胞成分。此外，神經(jīng)細(xì)胞還有一些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，如樹突和單個軸突。神經(jīng)細(xì)胞通過突觸與其他細(xì)胞進(jìn)行通信，通常使用微量化學(xué)神經(jīng)遞質(zhì)等將電信號從突觸前神經(jīng)元通過突觸間隙傳遞到靶細(xì)胞。

神經(jīng)細(xì)胞的多樣性及其起源一直是發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)的核心問題之一。近日，發(fā)表于《細(xì)胞》（Cell）的一篇文章顯示，扁盤動物身體中的多種肽能細(xì)胞可能是神經(jīng)細(xì)胞的前身。這些肽能細(xì)胞獲得了新的基因模塊，能夠產(chǎn)生快速電信號，而產(chǎn)生電信號的能力是神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)化的關(guān)鍵一步。

繪制扁盤動物的細(xì)胞圖譜

大多數(shù)動物都是兩側(cè)對稱動物，除了海綿、桎水母、扁盤動物和刺胞動物。其中，扁盤動物是一種沒有組織和器官、更沒有神經(jīng)系統(tǒng)的多細(xì)胞動物，形狀、大小、運(yùn)動方式都神似變形蟲，因此，又被稱為多細(xì)胞變形蟲。扁盤動物為認(rèn)為是地球上最簡單的動物。

在新研究中，科學(xué)家主要分析了 4 種扁盤動物，利用前沿的高通量染色質(zhì)分析和單細(xì)胞基因組學(xué)技術(shù)，并結(jié)合先進(jìn)的計算方法，繪制出了扁盤動物的細(xì)胞圖譜。在新圖譜中，科學(xué)家根據(jù)基因表達(dá)的特征，詳細(xì)標(biāo)注出了四種扁盤動物的所有細(xì)胞類型，每種類型有什么作用，以及這些細(xì)胞之間如何協(xié)同工作。

此前的研究顯示，組成扁盤動物的幾千個細(xì)胞，按照形態(tài)可主要分為 9 種類型，但是，新圖譜顯示，在 9 種主要細(xì)胞類型之外，還有許多“中間類型”的細(xì)胞，這些細(xì)胞維持著不同類型的細(xì)胞在生長、分裂、分化中保持平衡。

值得注意的是，還有一些既不是 9 種主要類型的細(xì)胞、也不屬于中間類型的特殊細(xì)胞。這些細(xì)胞能分泌出小片段的肽，研究人員稱之為“肽能細(xì)胞”（peptidergic cell）。在新研究中，科學(xué)家一共找到了 14 種不同的肽能細(xì)胞。

肽能細(xì)胞與神經(jīng)細(xì)胞的相似之處

遺傳學(xué)分析和顯微鏡篩選顯示，這些肽能細(xì)胞的行為和神經(jīng)細(xì)胞類似，可以通過釋放肽信號來協(xié)調(diào)扁盤動物的行為。扁盤動物細(xì)胞之間的相互交流利用了一套特殊的蛋白：GPCR（G 蛋白偶聯(lián)受體）——GPCR 檢測到細(xì)胞外的信號分子后，便在細(xì)胞內(nèi)啟動一系列反應(yīng)。肽能細(xì)胞表達(dá)的神經(jīng)肽便可作為激活 GPCR 的外部信號。

另外，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)肽能細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞在其他方面也具備相似之處。一是這些細(xì)胞的分化過程，包括接收到的發(fā)育信號，與新生神經(jīng)元的形成過程十分相似。

二是，肽能細(xì)胞成套表達(dá)的許多基因，或者稱基因模塊，是神經(jīng)元突觸前（pre-synaptic）結(jié)構(gòu)所必需的。突觸是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸節(jié)點(diǎn)，突觸前構(gòu)成了信息輸出端，突觸后則是信息輸入端。扁盤動物的細(xì)胞缺少突觸后的組件，但肽能細(xì)胞已經(jīng)初具突觸前的雛形。

神經(jīng)系統(tǒng)是多樣性發(fā)展的嗎？

先前的研究顯示，現(xiàn)代神經(jīng)細(xì)胞起源于 6.5 億年前的櫛水母（與扁盤動物同為費(fèi)兩側(cè)對稱動物）。“櫛水母有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，與我們自己的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有關(guān)鍵的區(qū)別和相似之處。”文章的作者之一 Xavier Grau-Bové 說。

而神經(jīng)細(xì)胞與肽能細(xì)胞的相似之處也讓科學(xué)家們震驚。“扁盤動物的肽能細(xì)胞與原始神經(jīng)細(xì)胞有許多相似的地方，盡管兩者還不一樣。我們仿佛看到了演化長途的一個中間過程。”文章的作者之一 Sebastián R. Najle 說。

科學(xué)家猜測，神經(jīng)細(xì)胞的“祖先”可能與如今扁盤動物分泌肽段的肽能細(xì)胞十分相像，它們利用神經(jīng)肽交流，后來具備了創(chuàng)建突觸后結(jié)構(gòu)的新基因模塊，形成了軸突和樹突的結(jié)構(gòu)，還裝備了可以快速產(chǎn)生電信號的離子通道，最終誕生了現(xiàn)在的神經(jīng)細(xì)胞 —— 為人類引以為傲的大腦奠定基礎(chǔ)。

“神經(jīng)細(xì)胞是經(jīng)歷了一種演化過程，然后分化，還是并行地進(jìn)行了不止一種的演化過程？還是說，不同動物的神經(jīng)系統(tǒng)有不同的起源？這些都是懸而未決的問題，仍有待解決。”Xavier Grau-Bové 說。

參考文獻(xiàn)：

• https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.08.027

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的脑细胞源自海中的扁形动物？科学家发现 8 亿年前的神经细胞前身的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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