七鳃鳗为我们“战或逃”本能的起源提供了线索

在“水中吸血鬼”身上,科学家发现了可发育成自主神经系统的干细胞证据。
a circular lamprey mouth dotted with teeth
七鳃鳗共有 43 个已知物种。它们分布在世界各地的温带地区的沿海和淡水中,但非洲除外。Moment/Getty

七鳃鳗看起来就像恐怖电影里的东西,它们吸盘状的嘴里塞满了牙齿,身体像鳗鱼,并且有寄生习性。“水中吸血鬼”代表了脊椎动物和无脊椎动物之间进化道路上的一条分叉路,而关于我们与这些肉食性鱼类究竟有多近的科学争论又有了新的转折。 

科学家们发现了一些证据,表明七鳃鳗拥有基本的自主神经系统——这被认为是控制脊椎动物的“战或逃”反应。这些发现详细记录在一篇于 4 月 17 日发表在《自然》杂志上的研究中,并可能促使人们重新思考自主神经系统的起源。

七鳃鳗是科学家们能够研究的、与脊椎动物在约 5.5 亿年前进化而来的鱼类祖先最接近的现存生物。它们属于一个古老的脊椎动物谱系,称为无颌类(Agnatha)——即无颌鱼。一些科学家认为它们代表了仍然存在的、最早的脊椎动物群体,可以为我们提供了解所有脊椎动物祖先的进化窗口。另一些科学家则质疑这些理论,因为化石记录中缺乏七鳃鳗的证据。 

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此前,科学家们认为七鳃鳗没有自主神经元。这些神经元是自主神经系统的一部分,该系统是由神经组成的,作用于全身的内脏器官,包括肠道、胰腺和心脏。该系统协同工作,以应对危险或压力情境。它还有助于生物体维持稳态,确保心脏持续跳动,消化系统持续运转,等等。 

在这项新研究中,一个团队利用七鳃鳗来研究发育变化如何促进了脊椎动物的“战或逃”等性状的进化。他们发现了最终形成自主神经元的干细胞类型的证据。这些细胞在七鳃鳗体内的存在可能修正自主神经系统开始进化的时间线。 

a mature lamprey in a laboratory. the long eel-like fish as a circular mouth with teeth and eyes on the side of its body.
实验室中的一条成熟的七鳃鳗。摄影:Megan Martik

“一百多年的文献都表明七鳃鳗缺乏自主神经系统,”该研究的合著者、加州理工学院生物学家 Marianne Bronner 在一份声明中说。“令人惊讶的是,我们发现自主神经元确实存在于七鳃鳗体内,但它们在七鳃鳗发育过程中出现的时间比预期的晚得多。”

Bronner 和她的团队研究了神经嵴细胞。这类干细胞是脊椎动物特有的,并产生遍布全身的多种细胞类型。科学家们此前认为七鳃鳗缺乏最终构建自主神经系统的、源自神经嵴的前体细胞或祖细胞。

据 Bronner 称,研究人员之前在七鳃鳗发育的早期阶段寻找自主神经系统的证据,而与其他动物相比,这个时间点太早了。例如,在鸟类发育的前两到三天,自主神经系统就已经形成了。 

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该研究的合著者、加州理工学院进化生物学家 Brittany Edens 研究了七鳃鳗中最终产生自主神经元的、源自神经嵴的祖细胞。她发现,在七鳃鳗中,源自神经嵴的祖细胞出现的时间比其他动物晚得多。它们可能在受精后一个月才出现。这些细胞要到大约四个月的发育期,也就是鱼类的幼体阶段,才能完全成熟为神经元。 

七鳃鳗的自主神经系统是否像其他脊椎动物一样控制“战或逃”行为,尚不清楚据该团队称,这些发现表明,控制自主神经元形成的调控程序在从七鳃鳗到哺乳动物的所有脊椎动物中都得以保留。 

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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