Science：新的发现挑战了我们对神经系统及其进化的理解

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来源：生物谷原创 2023-04-27 10:44

一项新的研究提出了神经网络结构的基本差异，挑战了我们以前对神经系统的进化以及它们如何传递信息的理解。相关研究结果发表在2023年4月21日的Science期刊上。

一项新的研究提出了神经网络结构的基本差异，挑战了我们以前对神经系统的进化以及它们如何传递信息的理解。相关研究结果发表在2023年4月21日的Science期刊上，论文标题为“Syncytial nerve net in a ctenophore adds insights on the evolution of nervous systems”。

具体而言，由挪威卑尔根大学迈克尔-萨斯中心的Pawel Burkhardt和英国牛津布鲁克斯大学的Maike Kittelmann领导的一个研究团队利用先进技术，揭示了作为最古老的动物品系之一的栉水母（ctenophores）的神经系统连接性。通过三维电子显微镜重建它的神经网络中的神经元，他们发现了一个非凡的架构：一个连续的神经网络。这些发现挑战了我们对神经系统及其进化的理解。

改变神经生物学理论

自从19世纪科学家Santiago Ramóny Cajal和Fridtjof Nansen的研究工作以来，神经生物学研究一直是通过神经元学说的视角来解释的。这一理论指出，神经系统是由离散的细胞组成的。Camillo Golgi挑战了这一理论，提出了神经系统内的神经元是作为一个连续的网络连接的观点。Cajal和Golgi因其非凡的发现在1906年分享了诺贝尔奖，尽管他们在整个职业生涯中是激烈的竞争对手。

Cajal的理论最终被证明是正确的，他通过在20世纪50年代发明的电子显微镜确定了神经元连接，即所谓的突触，从而推翻了Golgi的理论。如今，这些新的发现证实Golgi的理论也是正确的。

为什么是栉水母？

栉水母是迷人的生物，已经在世界海洋中生活了大约6亿年。当第一批动物进化时，栉水母是地球上最早的动物品系之一。在神经元和神经系统的早期进化中，可能建立了多种制造神经系统的方法。

以前试图描述栉水母神经系统的连接性已被证明是困难的，因为这类生物是非常脆弱的，研究它们的解剖结构是非常具有挑战性的。

应用新技术激发了好奇心

Burkhardt与三维电子显微镜专家Kittelmann合作，发现栉水母神经网络中的单个神经元通过将它的称为神经突（neurite）的神经突起相互融合，形成了一个小型的神经网络。

出于对探索这种不规则性的好奇，Pawel和Maike收集了一个更大的三维数据集。Maike说，“在牛津布鲁克斯大学的生物成像中心，我们有一个串行块面扫描电子显微镜（Serial Block Face SEM），它可以自动收集一种动物的数百张图像。我们如今拥有的数据集之一包括五个神经网络神经元及其广泛分支的神经突。”重建这些细胞发现了一个非凡的结构：它们形成了一个连续的神经网络。

图片来自Science, 2023, doi:10.1126/science.ade5645。

Burkhardt说，“我们发现栉水母的神经网络与刺胞动物（cnidarians）和其他动物的神经网络之间存在根本性的差异。这非常令人兴奋。人们可能会争论：它是一种神经系统吗？”

尽管这种独特的结构，栉水母的神经网络显示了在神经系统中发现的关键特征，如神经肽和产生膜电位的离子通道。

这些发现意味着什么？

对栉水母神经网络的这种表征有可能提供关于神经系统进化起源的关键信息。通过揭示栉水母神经元的独特和不寻常的运作原理，这些作者提供了一种思考神经系统架构的新方法，从而为新时期的比较神经科学研究铺平道路。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Pawel Burkhardt et al. Syncytial nerve net in a ctenophore adds insights on the evolution of nervous systems. Science, 2023, doi:10.1126/science.ade5645.