《科学》封面：再度改写教科书！这种幻彩生物，刷新神经科学基础理论

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注意看这种动物，它全身透明，如同小玻璃球，舒展着细长的触手。在黑暗的环境中，它们伴随着水流无声无息地漂动，球体发出虹彩般的荧光。

虽然看起来一点儿也不可怕，事实上，名为栉水母（也叫梳状水母）的这些小家伙，掌握了一系列令人惊叹的捕食手段。栉水母中的代表成员——淡海栉水母（Mnemiopsis leidyi）还因此成为了著名的入侵生物，大规模暴发之处，鱼卵、幼苗和浮游生物被它们大量吞噬，导致当地海洋食物链崩溃，让渔民极为头疼。

▲一群淡海栉水母，它们的样子和名字都容易让人想到水母，但并非水母（图片来源：Alexandre Jan）

不过，栉水母的美丽与凶残还不是它们吸引人目光的全部理由。科学家发现，这些看起来很简单、原始的海洋无脊椎动物，在生命演化的全景图中扮演着关键角色，我们可以从中窥见动物早期演化的秘密。

2013年，科学家们首次解码了淡海栉水母的全基因组序列。根据当时发表在顶尖学术期刊《科学》上的全基因组测序结果，栉水母是所有现存其他动物的姐妹群。也就是说，在动物进化树上，最古老的动物很可能不再是过去一直以为的海绵，而是栉水母。这一发现无疑刷新了教科书。进化生物学家道金斯在《祖先的故事》一书中也不得不承认栉水母在演化中的位置复杂得令人困惑。

栉水母现在被认为是现存动物谱系中最早的分支之一（图片来源：参考资料[1]）

就在最近，栉水母又一次登上《科学》，并再次改写教科书。

科学家发现，栉水母的神经网络结构与其他动物谱系中的物种有着根本性的不同。这一新发现不仅进一步奠定了栉水母在动物早期演化中的“元老”位置，也刷新了我们有关动物神经系统结构的认识。

一个多世纪前，关于神经系统的结构曾有过一场激烈的学术争论。两位在1906年共享诺贝尔生理学或医学奖的神经科学家各执一词，甚至到了颁奖仪式上还在争论。其中高尔基（Camillo Golgi）认为，神经系统是一个连续的网络，不同神经细胞彼此融合；而卡哈尔（Ramón y Cajal）不同意，他提出神经元是神经网络中的独立细胞，互不相连的神经元之间可以通过特殊的结构传递信号。

当然现在我们已经知道，卡哈尔的观点被证明是正确的。他所说的“特殊的结构”确实存在，也就是“突触”。随着电子显微镜的发明，神经元、突触的超微结构都清清楚楚地展现在了人们眼前。卡哈尔对于神经系统结构的相关阐述也被认为是现代神经生物学最重要的里程碑。

然而，高尔基或卡哈尔或许都不会想到，这场争论尘埃落定多年后，栉水母“杀”了出来：两种理论并非完全排斥。

▲《科学》封面（图片来源：《科学》官网；插图：C. Bickel/Science）

在此次被《科学》以封面文章报道的新研究中，挪威卑尔根大学、英国牛津布鲁克斯大学的研究人员采用连续切片扫描电镜（SBFSEM）成像方法，首次对淡海栉水母个体的神经系统进行了三维超微结构重建。

栉水母的上皮下神经网、感觉细胞、触手、栉板等超微结构的三维重建（图片来源：参考资料[1]）

他们发现，在栉水母个体发育早期阶段，其上皮下神经网（subepithelial nerve net）并不是神经元通过突触相互连接而形成的；相反，它们就像高尔基曾经描述的那样，直接融合而成了一个连续的质膜，形成一个合胞体（syncytium）。

超微结构的三维重建结果还显示，上皮下神经网本身没有突触连接，但神经网与其效应细胞还是通过化学突触进行连接。

栉水母上皮下神经网的5个神经元之间没有突触，而是通过广泛分支的突起形成了连续的质膜（图片来源：参考资料[1]）

《科学》同期发表的专家评论文章指出，有关栉水母的这些新发现向我们展示了动物神经系统的演化史“迷人且比过去更复杂”。神经系统（甚至包括神经元）的起源很可能发生了至少两次：一次在栉水母中，另一次在其他动物的谱系中。

现在，当这些小家伙在水中闪烁着奇妙的荧光时，或许在有些人眼中，这也不再是普通的生物荧光，而是动物早期演化的余晖。

参考资料：

[1] Pawel Burkhardt et al., Syncytial nerve net in a ctenophore adds insights on the evolution of nervous systems. Science (2023). Doi: 10.1126/science.ade5645

[2] Casey Dunn et al., Neurons that connect without synapses. Science (2023). Doi: 10.1126/science.adh0542

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