神经细胞的起源

几乎所有的动物都有大脑，构成大脑的基本单元是神经细胞，其主要功能就是传递信息。大部分神经细胞都有触手，信息以电脉冲的形式从一个触手的末端传递到另一个触手的末端。神经细胞之间的信息传递需要借助神经递质，这是一种小分子化合物，依靠一种名为“突触”的特殊结构在神经细胞之间进行物质交换，从而把信息传递过去。

神经细胞的重要性无需多言。如此神奇的细胞究竟是如何被进化出来的呢？这是生物学领域的一个很重要的问题，至今没有好的解释。总部位于德国海德堡的欧洲分子生物学实验室（EMBL）决定从海绵入手，研究一下这个问题。

海绵是一种非常原始的滤食性多细胞动物，早在6亿年前便已出现在地球上了。如今绝大部分海绵生活在海洋里，但为了方便采样，EMBL科学家德特列夫·阿伦茨（Detlev Arendt）及其同事们决定用一种生活在北半球淡水海域的湖针海绵（Spongilla lacustris）来做这项研究。

海绵属于多孔动物门，这是极少数尚未进化出神经系统的动物门类，非常适合用来研究神经细胞的进化。研究人员首先测出了湖针海绵单个细胞的基因序列，发现这种海绵一共只有18种不同的细胞，每一种细胞都有独特的mRNA图谱。之后，研究人员研究了这18种基因图谱，发现其中一种图谱和高等动物神经细胞的基因图谱非常相似，暗示两者之间很可能存在某种关联。

之后，研究人员将这种海绵细胞进行染色，发现它们体形修长，有很多触手，这一点也和神经细胞非常相似。因为这两个原因，研究人员将这种细胞命名为“类神经细胞”（Neuroid）。

接下来，科学家们用电子显微镜和X光扫描仪观察这种细胞的位置，发现它们主要分布在海绵的消化腔内，通过其触手和不同的纤毛细胞相连接。海绵的消化腔类似于高等动物的消化道，环境中的海（湖）水通过遍布海绵身体的孔洞进入消化腔，其中含有的营养物质被腔壁上的纤毛俘获，成为海绵的食物。这些纤毛必须统一行动才能完成任务，而类神经细胞的位置和形状暗示它们就是为了协调纤毛的集体行动而被进化出来的。

更妙的是，类神经细胞内部也有很多囊泡，似乎它们一直在分泌某种东西。这种结构也是神经突触的特征之一，神经递质正是被包裹在囊泡里释放出去的。阿伦茨认为，类神经细胞也正是通过囊泡来释放某种化学物质，以此来调节纤毛的运动。

研究人员将这个结果写成论文，发表在2021年11月5日出版的《科学》（Science）杂志上。这并不是一个完整的研究，还有很多问题需要解答。但这篇论文提供了很多有趣的证据，证明海绵体内的这种类神经细胞很可能就是高等动物神经细胞的前体。

这篇论文还暗示海绵很可能要比水母更加古老。此前科学界一直在争论海绵和水母到底谁才是多细胞动物的祖先，而水母是一种可以自由活动的动物，体内已有成形的神经系统。相比之下，海绵不能自主运动，只能依靠消化腔来过滤海水，所以它们尚未进化出成熟的神经细胞。但为了协调纤毛的动作，海绵进化出了神经细胞的前体，靠它们把消化腔细胞连接成一个整体，共同完成了一项对于所有动物来说都至关重要的任务：进食。

俗话说，民以食为天。也许正是因为进食的需要，多细胞动物才进化出了神经系统，并最终演变成了人类的大脑。 科学科普细胞海绵动物