海绵是简单的生物，但它们是过滤进食的专家，每天通过身体过滤数万升水来收集食物。它们对这种复杂行为的掌握更加引人注目，因为它们没有大脑，甚至连一个神经元都没有。
11月4日发表在《科学》杂志上的一项研究现在揭示，海绵使用复杂的细胞通讯系统来调节它们的进食，并可能清除入侵的细菌。康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学研究海洋无脊椎动物的进化生物学家 Casey Dunn 说，这些发现可能有助于理解动物神经系统是如何进化的。“这是一项非常令人兴奋的研究，它让我们以新的视角看待海绵，”他说。
细胞经常相互通讯，神经元通过称为突触的微小、有针对性的连接传递电信号或化学信号来进行通讯。先前的研究 发现，尽管动物缺乏神经元，但海绵拥有编码通常帮助突触发挥功能的蛋白质的基因。
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为了发现哪些细胞正在表达这些基因，德国海德堡欧洲分子生物学实验室 (EMBL) 的进化生物学家 Detlev Arendt 和同事对来自淡水海绵 (Spongilla lacustris) 的各种单个细胞中的 RNA 进行了测序。
他们发现海绵有 18 种不同的细胞类型。突触基因在其中几种类型中活跃，这些类型聚集在海绵的消化腔周围。这表明某种形式的细胞通讯可能协调了动物的滤食行为。
然后，研究人员使用 X 射线成像和电子显微镜研究了其中一种细胞类型，他们称之为分泌性神经样细胞。扫描显示，神经样细胞伸出长臂到达领鞭毛细胞，领鞭毛细胞是一种带有毛发状突起的细胞，驱动海绵的水流系统并捕获它们的大部分食物。
神经系统前体
根据这两种细胞类型的接近程度以及可能允许化学物质分泌的基因的表达，研究人员认为这些臂使神经样细胞能够与领鞭毛细胞通讯，从而使它们能够暂停水流系统并清除任何碎屑或外来微生物。然而，这些神经样细胞不是神经，也没有神经元能够如此快速地通讯的突触的迹象。相反，这种细胞类型可能代表了真正神经系统的进化前体，EMBL 的进化生物学家 Jacob Musser 说，他是该研究的合著者。“我们正处于一个中间点，你已经从拥有所有这些独立的碎片发展到更广泛地将它们聚集在一起，但你还没有获得创建快速突触所需的所有互连性，”他说。
一些科学家表示，将这些细胞称为神经系统的前体有些牵强。“这很诱人，但几乎不是决定性的，”加利福尼亚大学圣地亚哥分校的进化发育生物学家 Linda Holland 说。她说，很难证明神经系统是从这种细胞通讯系统进化而来的，还是更早出现，或者 甚至多次出现，正如一些团体所提出的那样。事实上，许多其他生物，包括单细胞真核生物，也包含相同的突触基因，加拿大埃德蒙顿阿尔伯塔大学的海洋生物学家 Sally Leys 说。
缅因州刘易斯顿贝茨学院的发育遗传学家 April Hill 希望科学家们将这项研究及其方法作为进一步研究这种无处不在的海绵的“跳板”。她补充说，其他海绵是否使用类似的细胞通讯系统仍然是一个关键的未解之谜。
本文经许可转载，并于 首次发表 于 2021 年 11 月 5 日。