我们最早的无脊椎动物祖先没有大脑。然而，经过数亿年的发展，我们和其他脊椎动物已经进化出了极其复杂的心智机制。“它一定在某处有进化根源，但会在哪里呢？” 《自然》杂志编辑亨利·吉在一篇论文中写道，该论文发表在该杂志3月15日刊。（《大众科学》是自然出版集团的一部分。）
多年对常见的无脊椎动物实验室对象的研究，例如文昌鱼（Branchiostoma lanceolatum）或线虫，对于我们所有人作为胚胎发育的大的、集中化的大脑的起源，几乎没有提供证据。直到研究人员将目光转向不起眼的柱头虫（Saccoglossus kowaleskii）。
这些不起眼、简单的小蠕虫一生中的大部分无脑生活都埋在深海海底。研究人员探测了它们发育中的幼虫的基因模式，认为他们可能发现了一组与我们用来构建中枢神经系统的信号相似的信号。这些发现发表在同一期《自然》杂志的在线版上。
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但并非所有无脊椎动物界的成员都相信已经发现了脊椎动物大脑的早期先驱。而且，在寻找我们自身大脑的起源的探索中，这些小蠕虫似乎正在引起争议。
从简单到复杂
我们所有的特征——从我们的大脑到我们的骨骼——都是从原始泥浆中最简单的基因模式的细化中产生的。但科学家们一直渴望找出他们可以将关键发展追溯到多远，例如刺激我们中枢神经系统发展的信号。
“脊椎动物的大脑确实非常复杂而精细，”斯坦福大学的研究生、新论文的合著者阿里埃尔·帕尼说。大脑在发育过程中受到一长串基因决定的信号的提示而形成。“脊椎动物中存在一些特定的发育过程，这些过程似乎在其他物种中不存在”——或者至少在那些最常被研究的物种中，例如文昌鱼，帕尼指出。因此，许多科学家曾认为这些基因工具仅随着脊椎动物谱系本身而出现。
这就是半索动物门的成员，如S. kowaleskii，可以拓宽对我们共同的无脊椎动物过去的视野的地方。这种蠕虫与脊椎动物的最后共同祖先可能生活在5亿多年前。那么，这种古老的祖先是否已经包含了大脑袋的基因基础，并且这种能力是否在更常见的无脊椎动物对象中已经消失了？
简陋的基础
从少数细胞到完整大脑的道路在进化时间上花费了数亿年。但在胚胎发育过程中，这个复杂的过程只需几天或几个月。在动物的胚胎阶段，蛋白质簇——称为信号中心——有助于刺激身体不同部位的形成。脊椎动物的三个主要信号区域——前神经嵴、丘脑界区和峡部组织者——负责启动中枢神经系统内的主要划分，例如分离大脑的中部和后部。
帕尼和他的同事报告说，他们在柱头虫胚胎中发现了三个类似的信号中心。这些基因线索在无脑蠕虫中做什么？它们似乎在引导动物的外胚层（包含感觉细胞）沿着动物的圆周分布（不同于脊椎动物中发现的集中神经束）。根据帕尼和他的同事的说法，这些线索在文昌鱼及其无脊椎动物脊索动物同伴中不存在，这表明它们随着时间的推移而丢失了这些线索。
帕尼解释说，这将意味着脊椎动物的大脑“并没有发明全新的机制——它利用现有的机制来开发全新的结构。” 如果基因组是生物体的众所周知的蓝图集，那么参与胚胎发育的信号中心就像脚手架的早期部件。“脊椎动物具有相同的框架，并将其变成非常豪华的弗兰克·劳埃德·赖特住宅，而半索动物则将其变成了小村舍。”
混合信号
但并非所有人都相信这些令人联想起的信号中心真的是最初发出早期神经系统复杂性信号的信标。斯克里普斯海洋研究所的研究生物学家琳达·霍兰德说，研究人员发现的基因相互作用参与了身体模式的形成，将它们的头部与尾部分开——仅此而已，她没有参与这项新研究。“动物拥有基因网络的一部分”而不拥有整个工作机制的情况并不少见，她指出。
她研究文昌鱼，并且不相信所有这些信号中心最终都从她的研究对象中消失了。她认为，文昌鱼和其他无脊椎动物已经失去了这些信号中心的说法是“完全超出范围的”。 “我认为文昌鱼界将会群情激愤。”
她还怀疑帕尼和他的同事发现的信号是否像论文描述的那样清晰和简单。她指出，这些基因可能有助于区分蠕虫的前后，但可能仅此而已。“半索动物可能已经具备了[这种]机制的某些部分，但它比研究结果表明的要混乱得多，”她说。
霍兰德指出，还需要对柱头虫、文昌鱼和其他现存的无脊椎动物进行更多的研究。帕尼并没有否定文昌鱼作为进化研究的首选生物。但他认为，研究人员不应将自己局限于一个模型对象。“如果你看到它和脊椎动物之间存在差异，你就不能在不进一步研究的情况下断定它们是脊椎动物独有的。”
寻找古代祖先也有助于阐明早期动物如何发展出它们的基本身体结构和神经系统。“关于那个共同祖先的神经系统会是什么样子，仍然存在很大争议，”帕尼说。对 5 亿年前的小型软体无脊椎动物的化石进行解读可能很困难。“没有时间机器，我们就束手无策了，”霍兰德说。
我们复杂大脑的起源仍然存在争议，帕尼说，“我猜它会一直保持这种状态。”