鸟类和哺乳动物的智能进化之路殊途同归

《科学》（Science）发表了由阿丘卡洛巴斯克神经科学中心（Achucarro Basque Center for Neuroscience）和巴斯克大学（UPV/EHU）的一名伊卡巴斯克研究人员领导的两项研究，揭示了它们独特的进化路径。

实验操作后的小鸡胚胎。 图片来源：Fernando García-Moreno

胼胝体是哺乳动物新皮质发育的大脑区域，在人类区别于其他物种的认知和复杂功能中发挥着关键作用。 传统上，胼胝体被认为是哺乳动物、鸟类和爬行动物在结构上具有可比性的区域，主要区别在于复杂性。

以前人们认为，该区域包含类似类型的神经元以及用于感觉和认知处理的等效电路。 早期的研究发现了这些脊椎动物共有的兴奋性和抑制性神经元，以及一般的连接模式，这表明这些脊椎动物有着共同的进化轨迹。

然而，两项新的研究表明，虽然胼胝体在这些类群中发挥着类似的功能，但其发育机制和神经元的分子特征在进化过程中却出现了显著的差异。

小鸡大脑中不同神经元类型的分布（黑色背景）。 图片来源：Fernando García-Moreno

第一项研究由埃内里茨-鲁埃达-阿拉尼亚（Eneritz Rueda-Alaña）和费尔南多-加西亚-莫雷诺（Fernando García-Moreno）在阿丘卡洛进行，并得到了来自巴斯克研究中心（CICbioGUNE 和 BCAM）、马德里国家信息中心（CNIC）、穆尔西亚大学（University of Murcia）、加拿大克雷姆比尔（Krembil）和斯德哥尔摩大学的多学科合作团队的支持。

大脑发育与进化实验室负责人加西亚-莫雷诺博士解释说："在每个物种中，它们的神经元诞生的位置和发育时间都不同，这表明它们不是源自共同祖先的可比神经元。"

小鸡大脑中不同神经元类型的分布（白色背景）。 图片来源：Fernando García-Moreno

研究人员利用空间转录组学和数学建模发现，鸟类和哺乳动物负责感官处理的神经元是通过不同的基因组合形成的。

"它们用来建立细胞身份的基因工具因物种而异，每种物种都表现出新的、独特的细胞类型"。 这一切都表明，这些结构和回路并非同源，而是趋同进化的结果，也就是说，"它们是通过不同的进化路径独立发展出这些重要的神经回路的"。

第二项研究进一步探讨了这些差异。 这项研究在德国海德堡大学进行，由巴斯蒂安-扎伦巴（Bastienne Zaremba）、亨里克-凯斯曼（Henrik Kaessmann）和费尔南多-加西亚-莫雷诺（Fernando García-Moreno）共同指导，它提供了鸟类大脑的详细细胞类型图谱，并将其与哺乳动物和爬行动物的大脑进行了比较。

"我们能够逐个细胞地描述这些大脑中每种神经元使用的数百个基因，并利用生物信息学工具对它们进行比较"。

小鸡大脑中不同神经元类型的分布（黑色或白色背景）。 图片来源：Fernando García-Moreno

研究结果表明，数亿年来，鸟类保留了所有其他脊椎动物的大部分抑制性神经元。 然而，负责在掌叶传递信息的兴奋神经元却以独特的方式进化。 鸟类大脑中只有少数几种神经元类型的基因图谱与哺乳动物中的相似，如视网膜和海马，这表明有些神经元非常古老，是跨物种共享的。

"然而，大多数兴奋性神经元在每个物种中都以新的、不同的方式进化，"García-Moreno博士详述道。

发表在《科学》（Science）上的这些研究采用了空间转录组学、发育神经生物学、单细胞分析和数学建模等先进技术来追踪鸟类、哺乳动物和爬行动物大脑回路的进化过程。

小鸡大脑中不同神经元类型的分布（黑色或白色背景）-II。 图片来源：Fernando García-Moreno

加西亚-莫雷诺博士解释说："我们的研究表明，进化找到了构建复杂大脑的多种解决方案。鸟类通过自己的机制发展出了复杂的神经回路，而没有走哺乳动物的老路。 这改变了我们对大脑进化的理解。"

这些发现凸显了大脑发育在进化过程中的灵活性，表明高级认知功能可以通过截然不同的基因和细胞途径出现。

加西亚-莫雷诺博士解释说："大脑使我们成为人类，但也通过共同的进化史将我们与其他动物物种联系在一起。"

鸟类和哺乳动物独立发展神经回路的发现对比较神经科学具有重大意义。 了解产生特定神经元类型的不同遗传程序可以为神经发育研究开辟新的途径。

加西亚-莫雷诺博士主张开展这类基础研究："只有了解大脑在胚胎发育和进化历史中是如何形成的，我们才能真正掌握大脑的功能。"

编译自/ScitechDaily