事实如此浪漫

进化可能是喝醉了,但它对制造大脑是认真的

一项新的研究表明,栉水母Pleurobrachia bachei进化出了复杂的特征,包括神经元和肌肉,与像我们这样的动物截然不同。 莱昂尼德·莫罗兹和马特·西塔雷拉

O我们的大脑位于神经细胞网络的顶端,这些神经细胞沿着我们身体的长度上升。人们认为,我们的大脑在数亿年前的动物身上出现过一次,然后随着时间的推移而进化。然而,新发现相反,大脑和神经系统是多次从零开始形成的。

研究结果发表在今天的自然,突出一种古老的凝胶状海洋捕食者,叫做栉水母。与脉动水母不同,栉水母通过“划动”它们许多毛发状的纤毛游动,这些纤毛排列成行,被称为梳子。它们拥有基本的大脑和复杂的神经系统,这些神经系统充满了细长的细胞,它们通过与人类相似的突触进行交流。有些栉水母表现出镜状的两侧对称,我们也是。和大多数动物一样,它们的肌肉来自于一个中层组织层,而另一种古老的水生生物水母或海绵则没有这种组织层。

因此,生物学家长期以来将栉水母群与蠕虫、苍蝇和人类放在生命进化树上的位置很接近也就不足为奇了;海绵出现在底部,这意味着这一组最先出现。按照这种传统观点,复杂的身体部位,比如大脑和肌肉,是逐渐形成的,而且只有一次,因为这些部位在所有相关动物中看起来都很相似,同样的进化过程重复的可能性似乎很小。

但是这个场景被《科学》杂志去年的一篇报道,表明栉水母组出现了之前水母,甚至是没有大脑、没有肌肉的海绵,都出现在5.5亿年前。

一些生物学家对这种重新排列表示怀疑,因为它暗示了两种同样令人不安的可能性:所有现存动物的祖先都有真正的肌肉和基本的大脑,而海绵和水母则失去了这些部分而无影无踪;或者这种伟大的动物祖先很简单,栉水母与所有其他动物都是独立进化的,但最终却拥有相当相似的神经系统、肌肉和两侧对称。古生物学家格雷厄姆·巴德(Graham Budd)去年听到这个消息时表示,“这实际上是在说,动物进化了两次。坦率地说,我还不准备相信。”

没有时间机器,就不可能知道我们伟大的祖先长什么样。然而,今天的报告这进一步支持了她很简单的观点,梳子水母独立地进化了它们复杂的身体部位。佛罗里达大学惠特尼海洋生物科学实验室的神经生物学家Leonid Moroz和他的同事们通过分析11种栉水母的基因序列,确认了栉水母在进化树底部的海绵下面的位置。

一个来自自然新闻和观点显示神经元的两个独立发展 Andreas Hejnol /自然:对胶质神经的兴奋

更重要的是,Moroz的团队证明栉水母的神经系统并不使用大多数其他动物发育和运作所依赖的基因和蛋白质。例如,栉水母似乎没有血清素和多巴胺,这两种神经递质是我们的大脑不能没有的。一种叫做elav,这种物质在其他所有动物的神经系统中都很活跃,但只在栉水母身体的非神经元部位激活,这表明它有不同的功能。同样,一组独特的基因似乎是栉水母肌肉的基础。

在一篇文章中鹦鹉螺被称为“进化,你喝醉了”,我描述了那些根深蒂固的假设,他们认为进化会导致复杂性的增加,而这些假设最近已经开始动摇了。现在Moroz的研究又增加了一个动力。这也印证了一个发现:长期以来,简单的海绵一直处于进化树的底部,实际上是在复杂的栉水母群出现后才进化的。复杂性如何进化的故事比科学家们意识到的要复杂得多。

此外,大脑——复杂性的缩影——似乎在进化过程中至少生长了两次。这与传统观念相冲突,传统观念认为复杂的、多方面的功能会以非常特定的方式出现,而且每种功能只出现一次。“每个人对复杂性的看法都是错误的,”莫罗兹说。“这种情况可能不止一次发生。”

发现栉水母和其他动物独立到达相似的终点可能也让已故的古生物学家斯蒂芬·杰伊·古尔德感到惊讶,谁曾怀疑今天的动物长得一样如果世界重新开始——如果我们能重放“生命的录像带”。

这种设计上的趋同是巧合吗?挪威萨斯国际海洋分子生物学中心的进化发展生物学家Andreas Hejnol猜测可能不会。他说:“如果你需要一个快速的通讯系统,那么通过化学物质进行通讯的细胞就会得到扩展。”换句话说,神经系统的结构反映了它的功能。因此,如果宇宙中其他地方存在智慧生命,那么认为智慧生命拥有一个由数万亿个神经元组成的大脑并不遥远。海诺问道:“不然还能是什么呢?”


艾米Maxmen是鹦鹉螺的高级编辑。

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