水母的刺激細胞曾經是神經元

水母的眼睛能為這個器官的遺傳進化提供線索嗎？而刺激細胞，怎麼可能是“專門”的神經元呢？

對於那些享受海洋作為度假目的地和躲避高溫的人——比如我們第一次沉浸在其中的熱浪——水母警報(美索不達米亞)會造成困擾，甚至引起內心的恐懼。但是，儘管這些水生生物引起了科學家們的興趣，儘管他們拒絕叫醒洗澡者，正如最近的兩項研究所表明的那樣；一個是關於眼睛的基因進化，另一個是關於如何從神經細胞中產生刺激細胞。

一隻眼睛，兩隻眼睛…或者沒有眼睛

有一些水母(水母)他們有簡單的眼睛；其他的，複雜的；甚至連眼睛都沒有。根據最近的研究，水母的眼睛幾千年來分別和獨立地進化成不同的物種，這使它們成為研究基因特徵表達方式的模型。

這就是由堪薩斯大學生態和進化生物學教授Paulyn Cartwright組成的美國研究小組及其由其他大學科學家組成的小組所尋求的:研究水母的眼睛進化在遺傳、細胞和形態方面是如何工作的。

Cartwright解釋說:“眼睛在水母中獨立進化了好幾次。“我們早就知道，並非所有動物都有單一的眼睛來源，但我們對水母獨立進化的次數感到驚訝。”。

Cartwright和他的合作者計劃科學地“深入”進化模式，以發現水母是否使用了它們的基因工具組的相同或不同方面來構造它們每一次進化的眼睛。

"一些水母有非常複雜的眼睛，如照相機，它們形成圖像，有鏡頭、角膜和視網膜"

Cartwright說:“水母非常適合這種情況，因為它們有各種各樣的眼睛，從簡單的光敏感細胞群到非常複雜的眼睛，如照相機，它們可以形成圖像，並且有鏡片、角膜和視網膜。”。

該研究人員計劃在其堪薩斯大學實驗室分析許多水母物種，以確定水母不同眼睛的個體細胞中表達的所有基因，從而找出水母的不同實例之間有哪些共同之處，以及它們的基本遺傳成分發生了哪些變化。

Cartwright說:“細胞本身就有其自身的特性”，實際上它們是許多許多不同基因表達的結果，所以我們有時可以在觀察個體基因時忽略一個總體模式。但是，如果我們觀察細胞中表達的所有基因以及這一特定結果是什麼，那可能會給我們提供不同程度的信息。”。

“這就是為什麼很高興看到所有這些不同的層面，看看什麼是相似的，什麼改變了，真正幫助我們理解這個如此複雜的問題。水母是這樣做的一個很好的系統，因為它們很容易進行這種實驗。我們可以觀察個體基因及其表達方式；我們可以放大這些細胞中表達的所有基因。”。

基因組時代的標本採集

這三名研究人員將前往作為水母生物多樣性熱點的巴拿馬採集標本，並建造一棵更詳細的水母(或進化歷史)發明樹。

水母種類繁多，有成千上萬種。發現其確切的進化歷史是一項挑戰，部分原因是許多這種多樣化發生在5億多年前，”Cartwright說。另一個挑戰是從這些生物身上取樣。其中許多人生活在深海，有些人體積小得令人難以置信，很難找到……因此，我們對基因組時代非常興奮，因為我們可以獲得更多的數據，對更多的基因進行測序，並釋放更多的DNA序列。我們期待着得到非常有希望的信息，以解決其中一些囚犯之間的關係。”。

從神經元到刺激細胞

另一方面，康奈爾大學(在伊薩卡、紐約和多哈)對水母的刺激細胞感興趣，這些細胞對它們的“刺痛感”負有責任，洗澡者必須避免它們的接觸，因為它們的接觸是痛苦的，在某些情況下可能會引起過敏性休克。這些細胞被稱為cnidocitos或cnidoblastos，它們也是了解新型細胞的出現的極好模型，據這所大學進行的研究並發表於國家科學院議事錄去年五月。

新的基因獲得了新的功能來推動生物多樣性的發展

藝術和科學系生態和進化生物學助理教授兼研究負責人leslie babonis說，這些激進型細胞是從其祖先的神經元進化而來的。“結果表明，新基因如何獲得新功能來推動生物多樣性的發展，”他說。

babonis指出，了解特殊細胞類型(如激進型細胞)是進化生物學中的關鍵挑戰之一。近一個世紀以來，人們都知道細胞是從一組也產生神經元(腦細胞)的幹細胞中發育出來的，但迄今為止，沒有人知道這些幹細胞是如何決定形成神經元或細胞的。babonis說，在活着的公民中了解這一過程可以揭示公民目前的發展軌跡。

重新編程的神經元

“犬類動物是唯一有犬類動物，但許多動物都有神經元，”老師說。於是她和佛羅里達大學Whitney海洋生物科學實驗室的同事們研究了海葵，特別是海葵，以了解如何重新編程一個神經元來創建一個新的細胞。

babonis說:“美洲原住民的一個獨特特徵是，每個人都有一個爆炸器官(細胞內的一個小口袋)，裡面裝着被射出來用來刺[他們的獵物]的魚叉。”。"這些魚叉是由一種蛋白質製成的，也只存在於犬類中，因此犬類似乎是一個最明顯的例子，說明一個新基因的起源(編碼單一蛋白質)如何能夠推動一種新細胞類型的進化. "

研究人員利用星海葵“線蟲”的功能基因組表明，通過抑制發育中神經元子集中神經肽RFamida的表達，然後將這些細胞作為細胞重複使用，細胞就會發育成熟。此外，研究人員表明，一個特定的鍺調控基因既負責抑制這些細胞的神經功能，又負責激活鏤空細胞的特定特性。

babonis說，神經元和細胞有類似的形狀；兩者都是分泌細胞，能夠將某物排出細胞外。神經元分泌神經肽，蛋白質，能迅速向其他細胞傳遞信息。小市民們分泌有毒的魚叉。

細胞或神經元？

babonis說:“只有一個基因起着光開關的作用:當它打開的時候，你得到一個小細胞，當它關閉的時候，你得到一個神經元。”。“這是一個相當簡單的邏輯，可以控制細胞的身份。”。

這是第一項研究表明，這種邏輯存在於一個類星體中，因此這種特性很可能調節細胞在早期多細胞動物中如何相互分化。

babonis和他的實驗室正在計劃未來的研究，以研究這種基因開關在動物體內創造新型細胞時的應用範圍。