向海洋生物进军：一种运用于系统和进化神经生物学的水母模型

撰文 | 雨果

水母是一种非常漂亮的海洋生物，在地球上存在了六亿五千万年，是研究神经系统的结构、功能以及进化方面的“活化石”。水母与哺乳动物的神经元具有一定的同源性，但是神经元散状分布，缺乏类似与大脑的器官。对于没有中枢，只依靠自主神经系统的水母，如何摄食、导航、躲避天敌，甚至是如何睡眠的，在进化神经生物学领域是一个重要的研究问题。

近日，加州理工学院（California Institute of Technology）的David Anderson团队在Cell杂志上发文 A genetically tractable jellyfish model for systems and evolutionary neuroscience ，该文章通过建立一种适用于系统神经生物学的水母模型，为研究海洋生物的神经功能、行为和进化，提供了一个良好的平台。

解剖学研究发现，水母Clytia的平面特征包括神经环、环肌、放射肌和伞下神经网。RFamide肽免疫反应阳性的神经元（RFamide）被认为在水母的防御和摄食行为中具有重要作用，通过免疫荧光标记，研究人员发现水母Clytia的RFamide阳性（RFA+）神经元是由酪氨酸微管蛋白组成的一个放射状的神经亚群，主要存在于伞下神经网，而RFamide阴性（RFA-）神经元则在其他部位分布。

通过遗传学手段构建可操纵RFA+神经元的水母模型，运用甲硝唑介导硝基还原酶毒性特异性神经消融RFA+神经元，发现只有RFA+神经元被自主消融，而其他神经元并未受到影响。水母的运动采用的是伞状结构的对称性收缩，而摄食采用的是非对称性收缩。发现消融RFA+神经元降低了水母的非对称性收缩，而对称性收缩不受影响。说明消融RFA+神经元影响水母的摄食行为。

为了进一步确定RFA+神经元活性和非对称性收缩之间的关系，研究人员在RFA+神经元中特异性表达钙成像指示剂GCaMP6s，发现在水母伞下神经网中的RFA+神经元在非对称性收缩运动的时候活性显著增加，而在对称性收缩的时候RFA+神经元活性并没有明显变化。

进一步对RFA+神经元进行精细化研究，研究人员通过绘制单个神经元在不同事件中的活跃簇，发现相邻神经元在事件的空间尺度上具有非常高的相关性，说明相邻的神经元在事件的发生中通过是相互作用的。

在水母的神经环中神经元的活性也表现出明显的空间聚集，因此神经环中的神经元和伞下神经网的RFA+神经元之间可能存在明显的信息交流。通过实验发现，切除神经环会消除非对称性收缩行为，进一步确定信息传递是通过伞下神经网通过神经环，进入神经网络，并将信息传递到嘴部，介导摄食行为。

总的来说，该工作通过遗传学手段建立一种适用于系统神经生物学研究中的水母模型，并通过连接分析和构建神经加权网络模型，揭示了自主神经网络调控水母摄食行为背后的神经网络机制，为研究地球上最早的神经系统的发育和进化提供了新的方向。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.10.021

制版人：十一

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