光是绝大多数生命体的重要生物信号。近日，日本筑波大学的研究人员在《BMC生物学》杂志发文称，海胆利用光信号调节幽门（消化系统的重要组成部分）的开闭。这表明神经元细胞最初可能是根据光信号来调节消化系统的。
“光敏”系统通常依赖于视蛋白家族的蛋白活动。视蛋白广泛存在于整个动物界，包括有视觉系统的生物和无视觉系统的生物。了解视蛋白在不同物种中的功能，有助于揭示视觉/非视觉系统如何在不同生物中进化，使它们得以将光作为外部信号。视蛋白在海胆等步带类动物（Ambulacraria）中的功能还未被确定，而这正是此次研究人员想要解决的问题。
“眼睛和视觉系统的功能已有清晰的定义。”论文通讯作者Shunsuke Yaguchi教授说，“然而，在整个进化过程中，光依赖系统是如何被保留下来并逐渐多样化的，我们还不清楚，尤其是后口动物，因为关于步带类动物信号通路的数据仍然缺乏。”
为了解决这个问题，研究人员测试了光暴露是否会引起海胆消化道活动的变化。随后，他们又利用显微手术和基因敲除实验，测试海胆消化系统中的视蛋白细胞是否介导了光的作用。“研究结果揭示了视蛋白在海胆中的新作用。”Yaguchi教授解释，“具体来讲，我们发现即使在没有食物刺激的情况下，通过光线刺激海胆幼虫也会导致其消化系统功能的改变。”此外，研究人员还发现，靠近视蛋白表达细胞的5-羟色胺能神经元是介导光刺激释放一氧化氮（一种神经递质）的关键。
Yaguchi教授说：“我们的研究结果对进化过程的理解具有重要启示意义，尤其是通过神经递质控制的光依赖系统的进化。”
这些数据表明，在我们的进化学祖先中，大脑神经元的早期功能可能是调节消化系统。由于食物消耗和营养吸收对生存至关重要，复杂脑-肠调节系统的发育也许是动物进化的重要一步。
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编译：灯丝
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《BMC生物学》
期刊编号：1741-7007
原文链接：
https://phys.org/news/2021-04-brain-evolved-digestion-presence-food.html
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