在观察海星——也就是海星——时，很难清楚地知道其五个相同的尖角身体的哪个部分被认为是它的头部。这个问题已经困扰了生物学家几十年，但一些新的研究表明，海星的整个身体可能都像一个头部一样运作。这些发现被描述在一篇 于11月1日发表在《自然》杂志上的研究 中，并可能解开了海星和其他棘皮动物如何进化出它们独特身体形状的谜团。
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寻找头部和躯干
海星是属于 棘皮动物 这个动物类群的无脊椎动物。这个类群还包括海胆和沙钱，它们都有被分成五个相等对称部分的身体。在它们的进化早期，棘皮动物有一个 两侧对称的祖先，有两边镜像对称，更像人类。
“棘皮动物的各个身体部分与其他动物类群的身体部分如何相关，这在科学家研究它们的长久以来一直是一个谜，”该研究的合著者、英国南安普敦大学的进化生物学家Jeff Thompson 在一份声明中说。“在它们两侧对称的近亲中，身体被分为头部、躯干和尾部。但仅仅观察海星，就无法看出这些部分与其他两侧对称动物的身体有何关系。”
在 这项新研究 中，一个国际科学家团队将海星的分子标记与一个更广泛的动物类群 次口动物 进行了比较。这个类群包括海星等棘皮动物和包括脊椎动物在内的两侧对称动物。次口动物都有一个共同的祖先，因此比较它们的发育可以为棘皮动物如何进化出更独特的五角形身体提供线索。
他们使用了多种高科技分子和基因组技术来观察不同基因在海星发育和生长过程中的表达情况。微型CT扫描也使团队能够更详细地了解这些动物的形状和结构。
海星图谱
来自斯坦福大学、加州大学伯克利分校和Pacific BioSciences的团队成员使用RNA断层扫描和 原位杂交 技术，构建了海星基因表达的三维图谱，以查看在发育过程中哪些特定基因正在表达。他们特别绘制了控制海星外胚层（包括其神经系统和皮肤）生长的基因的表达图谱。
他们发现与幼年海星头部发育相关的基因信号几乎遍布全身。编码动物躯干和尾部部分的基因表达也基本缺失。
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“当我们把海星的基因表达与其他动物类群（如脊椎动物）的基因表达进行比较时，发现身体构造的一个关键部分缺失了，”Thompson说。“通常参与动物躯干模式形成的基因在外胚层中没有表达。看来，整个棘皮动物的身体构造大致相当于其他动物类群的头部。”
与动物头部最前端部分通常相关的分子信号也位于海星五个腕的中间部分。
“就好像海星完全没有躯干，只能被描述为仅仅一个在海底爬行的头部，”研究合著者、斯坦福大学进化生物学家Laurent Formery 在一份声明中说。“这完全不是科学家们一直以来对这些动物的设想。”
海星和其他棘皮动物 可能是通过丢失其两侧对称祖先曾经拥有的躯干区域，从而进化出了它们五部分的身体构造。这种转变可能使它们能够以不同于两臂对称动物的方式移动和进食。
“我们的研究告诉我们，棘皮动物的身体构造比以前想象的要复杂得多，而且关于这些有趣的生物，还有很多东西需要我们去了解，”Thompson说。“作为一个研究它们过去十年的人，这些发现彻底改变了我对这个动物类群的看法。”
这项研究得到了Leverhulme Trust、NASA、NSF和Chan Zuckerberg BioHub的支持。
