海肠的生殖器官在交配前会长出自己的眼睛

这种分枝状海洋蠕虫有一个头,许多屁股,还有一个繁忙的性生活。
a clear marine worm with many appendages branching out of its torso and some dots of colors
雄性匍匐枝(右侧):分枝状海洋蠕虫的独立繁殖单元之一,生长在蠕虫身体分支的顶端。它已经长出了眼睛,并将自由游动以寻找异性匍匐枝进行繁殖。图片来源:Maria Teresa Aguado/Guillermo Ponz-Segrelles。

即使在无数游动、爬行和在世界海洋中“飞翔”的奇特 动物 中,爬行“飞翔”分枝状海洋蠕虫 (Ramisyllis kingghidorahi) 也有着非常有趣的繁殖方式。

该蠕虫以 哥斯拉的三个头的天敌——基多拉 的名字命名,生活在日本海的海绵中,通过在宿主海绵内生长多个身体分支进行繁殖。这些尾巴中的每一个随后都可以产生独立的、称为匍匐枝的 繁殖单元 ——它们可以长出眼睛。匍匐枝本身寿命不长,会从分支上断裂,游出去交配。

a reproductive organ called a stolon under a microscope, with large prominent orange eyes
一只来自蠕虫 Ramisyllis kingghidorahi 的雌性匍匐枝——独立的繁殖单元之一——的特写。它已经长出了眼睛,并且正在自由游动以寻找异性匍匐枝进行繁殖。匍匐枝总长度:约 1.5 毫米。图片来源:Maria Teresa Aguado/Guillermo Ponz-Segrelles。

这个细长的动物如何在如此多的分支上协调与如此多的匍匐枝进行有性生殖,这在 2021 年和 2022 年被发现以来一直困扰着科学家们。不过,我们可能已经有了答案。根据最近发表在《BMC Genomics》杂志上的一项 研究,控制眼睛形成的基因在 *Ramisyllis* 中可能特别活跃,这有助于产生更多的匍匐枝。

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这项新研究 中,该团队分析了雄性、雌性和幼体样本不同身体区域的基因表达。这创建了一个完整的 基因活性图谱——或称转录组。

有了这张基因活性图谱,该团队看到了清晰的模式。同一只蠕虫不同身体区域之间的基因活性差异比性别之间的差异 更明显。在比较雄性和雌性时,匍匐枝具有最独特的基因特征。这可能反映了 匍匐枝在配子生产和变形中的特化作用

“令我们惊讶的是,蠕虫的头部,此前被认为是一个性别特异性的控制系统,并没有表现出我们预期的男女之间的巨大差异,”论文合著者、马德里自治大学神经科学家 Guillermo Ponz-Segrelles 在一份 声明 中表示。“相反,匍匐枝在性发育过程中成为基因活性的真正热点。”

在研究匍匐枝眼睛背后的原因时,研究小组发现与眼睛发育相关的基因正在上调。 上调 是基因被激活并产生更多对应于特定基因功能的蛋白质的过程。这种基因上调可能有助于 *Ramisyllis* 在其许多匍匐枝上开发出更多的眼睛。

*Ramisyllis* 可能还存在 部分基因组重复,这或许可以解释为什么这种蠕虫拥有如此复杂的解剖结构和繁殖系统。无论哪种情况,它都配备了一套非常独特的基因工具。

“这条蠕虫及其超现实的、树状的身体在 2021 年和 2022 年轰动了全世界,但它仍然让我们惊叹不已,”论文合著者、荷兰格廷根大学的博士候选人 Thilo Schulze 补充道。“它挑战了我们对动物身体如何组织的理解,以及这些奇特的繁殖形式在分子层面是如何被协调的。”

由于分枝状蠕虫的繁殖生物学的许多部分仍然是个谜,该团队希望这项研究的基因树能够帮助揭示生命是如何在海洋的一些隐蔽角落进化的。

 

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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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