眼睛进化揭秘：光敏干细胞带来的新发现

一项由维也纳大学和布雷默哈芬的阿尔弗雷德·韦根尔研究所主导的新研究显示，成年海洋毛虫的眼睛在其一生中持续生长——这一过程是由一圈神经干细胞驱动的，这些细胞与脊椎动物的眼睛相似。更有意思的是，这些干细胞会对环境光线作出反应。

这项研究发表在 《自然通讯》 上，为眼睛进化的基本原理和光在塑造成年神经系统中的作用提供了新的见解——即使在那些通常被认为相对简单的生物中也是如此。

提到复杂眼睛的生物，大多数人会想到哺乳动物、鸟类，或者章鱼。然而，来自海洋的环节动物——例如毛虫类 Platynereis dumerilii——也具有与脊椎动物和头足类动物相似的眼睛结构，被称为“相机型”眼睛，其中一些甚至能实现惊人的高分辨率视觉。那么，这些无脊椎动物的眼睛是怎么在成年后继续生长的呢？

来自维也纳大学、布雷默哈芬的阿尔弗雷德·韦根尔研究所和奥尔登堡大学的国际研究团队现在对这个问题进行了更深入的探讨，并获得了有趣的新见解。

不同的眼睛，相似的发育

无脊椎动物和脊椎动物的相机型眼睛是平行进化的经典例子，据信它们是独立产生的，作为对相同生物挑战的类似解决方案。

为了研究这些眼睛如何继续发育，研究小组检查了Platynereis的成年眼睛——这一模型系统长期以来用于探讨光感受器功能和大脑进化的基本原理。

通过单细胞RNA测序，维也纳大学神经科学与发育生物学系的第一作者纳贾·米利沃耶夫识别了干细胞特征的分子标记，并绘制了这些细胞在蠕虫视网膜中的位置和活跃状态。

她的分析揭示了视网膜边缘的一个独特区域，那里密集聚集着在成年眼睛生长时积极分裂的神经干细胞。

“在蠕虫视网膜边缘发现分裂细胞是非常令人瞩目的——正是一些脊椎动物在这里维持视网膜干细胞，以实现终生的眼睛生长，”Milivojev说。

确实，这个所谓的“睫毛边缘区”被认为能够支持眼睛的持续生长——这一模式现在在毛刺蠕虫的视网膜中得到了验证。

“在脊椎动物的终生生长实例中，比如鱼类和两栖动物，这些干细胞在动物发育过程中为眼睛提供新的视网膜神经元，”维也纳大学的资深作者Florian Raible解释道，他在干细胞生物学研究方面有着丰富的经验。

“值得注意的是，Nadja的研究显示，毛刺蠕虫的眼睛也能增加新的光感受器细胞，并且扩大它们的大小——这一特征在脊椎动物以外的谱系中尚未得到充分研究，”Raible补充道。

光作为调节器

更令人惊讶的是，研究团队发现成年蠕虫的眼部生长也受到环境光的调节。

通过详细的遗传和分子分析，他们表明这一效应是由一种叫做c-视蛋白的光敏分子介导的，这是一种光敏分子，也存在于脊椎动物视网膜的杆细胞和锥细胞中。

虽然之前的研究表明蠕虫眼睛依赖于不同类型的视蛋白分子，但新发现脊椎动物型c-视蛋白的存在却让人感到非常惊讶。

Milivojev及其同事发现这种光敏分子存在于蠕虫光感受器细胞的早期前体里，这表明它作为一种分子开关，将环境光与干细胞活动相连接。这一发现强调了视觉系统不仅能感知光，而且它们的发展也会受到光的调节。

进化的回声

这些发现填补了我们对无脊椎动物和脊椎动物眼睛如何生长和维持的长期理解空白。发现Platynereis的眼睛依赖于一圈神经干细胞，这让生物学家更接近理解感官器官进化的普遍原则。这也引发了新的问题。身体里的其他神经干细胞是否也会对环境光做出反应？人工照明会怎么影响这种自然调节系统呢？

研究人员希望未来对这种蠕虫的干细胞机制的研究能够帮助回答这些问题——字面上照亮神经系统是如何适应和再生的。

维也纳大学、阿尔弗雷德·韦根尔研究所、奥尔登堡大学的高级作者Kristin Tessmar-Raible总结道：“显然，基础研究揭示意想不到的现象，对于理解生命的生物复杂性和人类活动的可能影响至关重要。”

更多信息： Nadja Milivojev等，光调节的干细胞在一种环节动物的相机型眼中，作为成年大脑可塑性的研究模型，自然通讯期刊（2025）。 DOI: 10.1038/s41467-025-65631-0