1906年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎頒發(fā)給了神經(jīng)科學(xué)家圣地亞哥·拉蒙-卡哈爾（Santiago Ramón y Cajal）和卡米洛·高爾基（Camillo Golgi），以表彰他們揭示出了神經(jīng)系統(tǒng)的內(nèi)在之美。這是一次相當(dāng)有趣的獲獎，因為這兩位科學(xué)家在職業(yè)生涯中，是真正的競爭對手——他們二人有著針鋒相對的學(xué)術(shù)主張。
拉蒙-卡哈爾認(rèn)為，神經(jīng)系統(tǒng)由離散的單個細(xì)胞構(gòu)成，也就是著名的神經(jīng)元學(xué)說。但高爾基則明確反對這一理論，他提出了神經(jīng)系統(tǒng)作為一個連續(xù)網(wǎng)絡(luò)連接的觀點。后來，20世紀(jì)50年代發(fā)明的電子顯微技術(shù)確定了神經(jīng)元連接點，也就是所謂的突觸。卡哈爾的理論終于被證明是對的。
直到今天，神經(jīng)生物學(xué)研究也一直在通過這一視角來解釋神經(jīng)系統(tǒng)。我們通常認(rèn)為，在各種生物體內(nèi)，電脈沖在神經(jīng)細(xì)胞之間傳遞，讓信號從一個細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個細(xì)胞。但現(xiàn)在，一項發(fā)表于《科學(xué)》雜志的新研究卻表明，高爾基或許沒有說錯。
在這項研究中，一組國際科學(xué)家團隊利用先進的技術(shù)，揭示了櫛水母的神經(jīng)系統(tǒng)連接性。他們繪制出的櫛水母神經(jīng)網(wǎng)的三維圖譜缺少那些明顯的突觸，而是融合在一起的，長的絲狀神經(jīng)元共享一個細(xì)胞膜。這些發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了我們對神經(jīng)系統(tǒng)及其進化的理解。
為什么是櫛水母？
櫛水母是一種相當(dāng)迷人的生物，它們已經(jīng)在世界海洋中生活了約6億年。早在第一批動物進化出來之時，櫛水母就成了地球上最早的動物譜系之一，也就是生命之樹上相當(dāng)古老的一個分支。因此，它們身上可能隱藏著大量進化早期的秘密。
櫛水母。（圖/Alexandre Jan）
櫛水母擁有一個相當(dāng)簡單的神經(jīng)系統(tǒng)，這一點使其一直備受關(guān)注。先前的遺傳研究已經(jīng)暗示，這種生物的神經(jīng)系統(tǒng)可能非同尋常。但科學(xué)家也意識到，想要調(diào)查這種生物的解剖結(jié)構(gòu)極具挑戰(zhàn)，因為它們很脆弱，非常易碎。
新技術(shù)的應(yīng)用帶來了更多可能。在新的研究中，研究人員使用三維電子顯微技術(shù)檢查了淡海櫛水母（Mnemiopsis leidyi）的神經(jīng)網(wǎng)。他們對一只一天大的淡海櫛水母進行了掃描，收集了數(shù)百張圖像，數(shù)據(jù)集包含了這只小家伙5個延伸的神經(jīng)元及其分支的神經(jīng)纖維，從而重建出了整個網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。
重建這些細(xì)胞發(fā)現(xiàn)了一種非凡的結(jié)構(gòu)，它們形成了一個連續(xù)的神經(jīng)網(wǎng)，5個蔓延的神經(jīng)元之間沒有突觸，相互融合。
（圖/ Pawel Burkhardt & Maike Kittelmann）
盡管具有這種獨特的結(jié)構(gòu)，櫛水母的神經(jīng)網(wǎng)仍然展現(xiàn)了一些在神經(jīng)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵特征，比如神經(jīng)肽和產(chǎn)生膜電位的離子通道。
換句話說，櫛水母的神經(jīng)網(wǎng)與刺胞動物和其他動物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間存在著根本性的差異。這相當(dāng)令人興奮。
這些發(fā)現(xiàn)意味著什么？
神經(jīng)系統(tǒng)起源一直是一個神秘的領(lǐng)域。我們通常認(rèn)為的“最古老的動物”候選者之一的海綿沒有神經(jīng)系統(tǒng)，也沒有肌肉或者被稱為視蛋白的基本視覺蛋白質(zhì)。但櫛水母身上越來越多發(fā)現(xiàn)可能在向我們證明了這種生物在生命之樹上的古老地位。
傳統(tǒng)觀點通常認(rèn)為，神經(jīng)元和神經(jīng)系統(tǒng)的其他部分在動物歷史上進化了一次。但櫛水母結(jié)構(gòu)上的特殊性，加上它們古老的身份，帶來另一種可能，那就是在神經(jīng)元和神經(jīng)系統(tǒng)的早期進化中，或許存在多種制造神經(jīng)系統(tǒng)的方法。又或者，在漫長的進化過程中，它們走上了另一條路，演變出了這些奇異且高度專門化的東西。
有報告稱其他一些生物也可能存在類似的系統(tǒng)，比如帆水母（Velella velella）。更多有關(guān)神經(jīng)網(wǎng)的研究可以確定這種沒有突觸的神經(jīng)系統(tǒng)究竟有多不尋常。
參考來源：
https://www.uib.no/en/michaelsarscentre/162019/discovery-challenges-our-understanding-nervous-systems-and-their-evolution
https://www.sciencenews.org/article/jellyfish-nervous-system-animal
封面圖/首圖：Alexandre Jan
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