因斯布鲁克大学的研究人员已经确定了我们感官的遗传起源
因斯布鲁克大学的研究人员已经确定了我们感官的遗传起源。 研究结果表明,脊椎动物的颅感觉神经节起源于与其最亲近的亲属共享的基因程序,被囊动物。
被囊,通常称为海鞘,是一群海洋动物,大部分时间都依附在码头、岩石或船底,它们看起来像彩色的小斑点。
实际上,它们与像我们这样的脊椎动物的关系比与大多数其他无脊椎动物的关系更密切。
有头肯定是有好处的。 这似乎很明显,但进化经历了漫长的考验:当动物生命开始出现时,无脊椎动物开始统治水域。 尽管它们已经具有头部特征,但脊椎动物最终成功了,因为它们开发了一个新的、更高级的头部。 这个“新头”使感觉细胞能够广泛的空间分散和增殖,从而大大改善了对周围环境的感知。 这对于掠夺性生活方式的演变也至关重要。
颅感觉神经节对于将外部感觉传递到脊椎动物大脑至关重要。 您可以将它们视为遍布整个大脑并从感觉器官收集信息的神经节点。 到目前为止,科学家们还不知道创建这些神经节的确切过程。 18 年 2022 月 XNUMX 日发表在《自然》杂志上的一项研究最终解决了这些问题。
脊椎动物的原型
来自动物研究所的 Ute Rothbächer 研究小组 因斯布鲁克大学 果断地参与了该项目的最后阶段,这是由几家机构的国际合作,由 牛津大学. 他们的研究结果表明,脊椎动物的颅感觉神经节源于一个基因程序,该基因程序也存在于它们最近的亲戚——被囊动物身上。 在被囊动物幼虫中,某些感觉神经元,称为双极尾神经元,位于尾部区域。 这些处理外部刺激,但也负责动物的运动。 在这两种动物亚门中,各自的结构都是由基因 Hmx 形成的。
“被囊动物就像脊椎动物的进化原型,”罗斯巴赫解释道。 “这些亚门的成虫之间存在很大的解剖学差距,因为它们适应了生态位。 这使对其进化的研究变得复杂。 共同的结构和机制只能在胚胎阶段识别——我们的共同祖先可能与被囊类幼虫非常相似。”
该研究的模式生物是七鳃鳗,一种类似于鳗鱼的原始鱼类,通常被称为“活化石”,而被囊动物 Ciona gutis 被黄色的管状地幔包围,可以保护动物并过滤食物。
保守的基因
Rothbächer 研究小组的博士生 Alessandro Pennati 提供了有关 Ciona 基因 Hmx 功能的决定性数据。 他应用基因技术CRISPR-Cas9选择性地敲除基因序列,而瞬时转基因的方法被用于过度表达基因。
研究人员发现,Hmx 控制被囊动物双极尾神经元的发育,而在脊椎动物中,它对颅感觉神经节起作用。 令人惊讶的是,插入 Ciona DNA 的七鳃鳗 Hmx 基因片段与 Ciona 自己的 Hmx 具有相似的活性。
“Hmx 已被证明是一个在进化过程中一直保持不变的中心基因。 它保留了原来的功能和结构,很可能在脊椎动物和被囊动物的共同祖先中以这种形式被发现,”Pennati 解释说。 因此,颅感觉神经节和双极尾神经元具有相同的进化起源,Hmx 可能在脊椎动物高度特化的头部感觉器官的形成中起关键作用。
参考文献:“Hmx 基因保护确定脊椎动物颅神经节的起源”,作者 Vasileios Papadogiannis、Alessandro Pennati、Hugo J. Parker、Ute Rothbächer、Cedric Patthey、Marianne E. Bronner 和 Sebastian M. Shimeld,18 年 2022 月 XNUMX 日, 的性质。
DOI:10.1038/s41586-022-04742-w