英國(guó)埃克塞特大學(xué)的一個(gè)研究小組最近的發(fā)現(xiàn)使人們對(duì)多早的問(wèn)題有了明顯的認(rèn)識(shí)。他們發(fā)現(xiàn)，兩種重要的神經(jīng)遞質(zhì)（或神經(jīng)系統(tǒng)中使用的信號(hào)分子）的化學(xué)前體出現(xiàn)在所有的主要?jiǎng)游锶后w中，而這些動(dòng)物在擁有中樞神經(jīng)系統(tǒng)之前就已經(jīng)存在。

然而，最大的驚喜是，這些分子也存在于動(dòng)物的單細(xì)胞親屬，稱為鞭毛蟲(chóng)。這一發(fā)現(xiàn)表明，動(dòng)物的神經(jīng)肽甚至在最早的動(dòng)物進(jìn)化之前就已經(jīng)起源了。

挪威薩爾斯國(guó)際海洋分子生物學(xué)中心研究神經(jīng)元進(jìn)化起源的Pawel Burkhardt說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)"解決了關(guān)于動(dòng)物神經(jīng)肽何時(shí)以及如何進(jìn)化的一個(gè)長(zhǎng)期問(wèn)題"。它還表明，至少一些對(duì)我們大腦運(yùn)作至關(guān)重要的信號(hào)分子首先在僅由一個(gè)細(xì)胞組成的生物體中為一個(gè)完全不同的目的而演化。

動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)是由相互連接的神經(jīng)元組成的，通過(guò)各種小的肽類神經(jīng)遞質(zhì)在突觸中傳遞信息。這些肽是神經(jīng)元之間相互交談的語(yǔ)言。這表明，這些神經(jīng)元分子甚至在需要細(xì)胞與細(xì)胞之間的這種廣泛交流之前就開(kāi)始進(jìn)化了。

但是當(dāng)進(jìn)化生物學(xué)家試圖推斷哪些動(dòng)物細(xì)胞首先開(kāi)始使用這種"語(yǔ)言"時(shí)，早期動(dòng)物進(jìn)化的模糊性干擾了他們。幾乎所有的早期動(dòng)物群體都制造了與神經(jīng)肽非常相似的各種分子，包括櫛水母（梳狀水母）和刺胞動(dòng)物（水母、珊瑚和海葵）。即使是被稱為胎生動(dòng)物的極其簡(jiǎn)單的動(dòng)物，它們沒(méi)有類似神經(jīng)元的細(xì)胞，也會(huì)制造神經(jīng)肽。海綿動(dòng)物似乎是唯一的例外，這就是為什么人們普遍認(rèn)為動(dòng)物的神經(jīng)肽起源于刺胞動(dòng)物或櫛水母，在海綿動(dòng)物從動(dòng)物樹(shù)的其他部分分支出來(lái)后。

但這一理論的問(wèn)題是，早期動(dòng)物群體中的神經(jīng)肽的氨基酸序列與雙體動(dòng)物的神經(jīng)肽差別很大，似乎沒(méi)有一種神經(jīng)肽的相似性足以成為它們的祖先。更糟糕的是，許多單細(xì)胞動(dòng)物，或原生動(dòng)物也制造各種各樣不相關(guān)的神經(jīng)肽。大腦神經(jīng)肽的進(jìn)化線索似乎就這樣消失了。

最近，埃克塞特大學(xué)Gáspár Jékely實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)化神經(jīng)生物學(xué)的Luis Ya?ez-Guerra打破了這種僵局。為了追蹤各種動(dòng)物神經(jīng)肽的起源和進(jìn)化，Ya?ez-Guerra將神經(jīng)肽映射到早期支系動(dòng)物及其近親--鞭毛蟲(chóng)的進(jìn)化樹(shù)上。

在他的博士工作中，他已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)龐大的動(dòng)物神經(jīng)肽清單，當(dāng)他開(kāi)始在動(dòng)物樹(shù)上尋找這些神經(jīng)肽時(shí)，他偶然意識(shí)到鞭毛蟲(chóng)會(huì)制造兩種成熟神經(jīng)肽的蛋白質(zhì)前體：phoenixin和nesfatin。這在鞭毛蟲(chóng)中的存在是一個(gè)驚喜，因?yàn)樯窠?jīng)肽通常出現(xiàn)在發(fā)送者和接受者的神經(jīng)元中。Ya?ez-Guerra說(shuō)："在一個(gè)單細(xì)胞生物體中，這更難說(shuō)得通。這表明這些神經(jīng)元分子甚至在需要這種細(xì)胞與細(xì)胞之間的廣泛交流之前就開(kāi)始進(jìn)化了。這就是為什么它有點(diǎn)令人震驚"。

現(xiàn)在研究人員已經(jīng)在動(dòng)物生命的所有主要早期分支中發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)肽，包括（從右上角順時(shí)針?lè)较颍彼富蚴釥钏浮⒑＞d和刺胞動(dòng)物，如水母和海葵。

phoenixin和nesfatin的前體并不直接作為神經(jīng)肽被神經(jīng)系統(tǒng)使用；相反，這些長(zhǎng)肽是化學(xué)前體，被切割和加工成較小的分子，成為功能性的、成熟的神經(jīng)肽。它們的隱藏身份可能是它們沒(méi)有被確定為早期有希望的線索的原因。

對(duì)基因表達(dá)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步搜索證實(shí)了Ya?ez-Guerra的預(yù)感，即phoenixin和nesfatin可能是理解神經(jīng)肽進(jìn)化的關(guān)鍵。不僅前體肽存在于鞭毛蟲(chóng)中，而且它們也存在于所有的早期動(dòng)物群體中--甚至是類海綿動(dòng)物，在那里它們?cè)缓雎浴?/p>

鑒于鞭毛蟲(chóng)中的前體分子與所有動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的這些神經(jīng)肽有如此直接的聯(lián)系，伯克哈特解釋說(shuō)："所有動(dòng)物的最后一個(gè)共同祖先可能至少有兩種神經(jīng)肽。"

自然產(chǎn)生的問(wèn)題是。既然不可能是神經(jīng)信號(hào)，那么那些神經(jīng)肽前體在雜鞭毛蟲(chóng)中做什么？目前還沒(méi)有一個(gè)明確的答案。鞭毛蟲(chóng)似乎確實(shí)產(chǎn)生了成熟的phoenixin神經(jīng)肽，但沒(méi)有產(chǎn)生成熟的nesfatin神經(jīng)肽。鞭毛蟲(chóng)有可能使用它們的phoenixin神經(jīng)肽來(lái)相互交流，例如協(xié)調(diào)鞭毛蟲(chóng)群落的形成。

但在他們的論文中，Ya?ez-Guerra和他的同事還提出，這些前體可能是多功能的分子。他們指出，根據(jù)它們的肽序列，兩種前體都可能是分泌分子。他們還指出，雖然鳳凰素前體可以被加工成神經(jīng)肽，但它的一段也可以成為一種"伴侶"，確保蛋白質(zhì)被正確折疊，形成線粒體能量收集設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵的相關(guān)復(fù)合物。

在前體的進(jìn)化過(guò)程中，對(duì)這些"兼職"功能的選擇壓力可能比任何細(xì)胞間信號(hào)的需要更大。目前，Ya?ez-Guerra和Burkhardt正在合作研究一種缺少phoenixin前體的突變體鞭毛蟲(chóng)，以更好地了解其功能。他們還在尋找鞭毛蟲(chóng)中能接受神經(jīng)肽的受體分子。

不幸的是，這兩種神經(jīng)肽前體為所有動(dòng)物所共享這一事實(shí)很難簡(jiǎn)化神經(jīng)系統(tǒng)的早期進(jìn)化。去年12月，Mariia Sachkova和她在薩斯中心的同事與Burkhardt合作，報(bào)告說(shuō)在一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)工具的幫助下，他們已經(jīng)確定了許多在櫛水母基因組中編碼的奇特的神經(jīng)肽，其中許多與動(dòng)物王國(guó)中的任何其他神經(jīng)肽不同。

神經(jīng)肽并不是櫛水母神經(jīng)系統(tǒng)的唯一獨(dú)特之處。它們的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是如此不尋常，以至于研究人員懷疑它們是獨(dú)立于人類和其他動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)而進(jìn)化的。為什么櫛水母以不同的方式做事是一個(gè)謎，但很明顯，神經(jīng)系統(tǒng)在其進(jìn)化的早期經(jīng)歷了一個(gè)巨大的實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新時(shí)期--而且至少其中一些實(shí)驗(yàn)在動(dòng)物出現(xiàn)之前就開(kāi)始了。