这种淡水海绵可能暗藏神经系统进化的线索。图片来源：Willem Kolvoort
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。（徐锐）
相关论文信息：
https://doi.org/10.1126/science.abj2949
《中国科学报》 (2021-11-08 第2版国际)
来源：中国科学报
原文链接：https://news.sciencenet.cn//sbhtmlnews/2021/11/366315.shtm
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