跳动城乡网海七鳃鳗是一种拥有5亿年历史的动物，嘴里有锋利的牙齿吸盘，是噩梦般的生物。斯托尔斯医学研究所的一项新研究发现，海七鳃鳗和人类的后脑(大脑中控制血压和心率等重要功能的部分)是使用极其相似的分子和遗传工具包构建的。
研究员RobbKrumlauf博士实验室的研究于2024年2月20日发表在《自然通讯》上，让我们得以一睹古代动物的大脑如何进化。研究小组意外地发现，脊椎动物后脑发育过程中广泛需要一种关键的分子线索。
“这项关于后脑的研究本质上是了解遥远过去的一扇窗户，并作为理解复杂性进化的模型，”合著者雨果·帕克博士说。
和其他脊椎动物一样，海七鳃鳗也有脊椎和骨骼，但它们明显缺少头部的一个特征——下巴。由于大多数脊椎动物(包括人类)都有下巴，因此七鳃鳗的这种显着差异使它们成为了解脊椎动物特征进化的宝贵模型。
“大约5亿年前，无颌脊椎动物和有颌脊椎动物的起源出现了分歧，”克鲁姆劳夫实验室前博士前研究员、该研究的主要作者爱丽丝·贝多伊斯(AliceBedois)博士说。“我们想了解脊椎动物的大脑是如何进化的，以及有颌脊椎动物是否有一些独特的东西是它们的无颌亲戚所缺乏的。”
克鲁姆劳夫实验室和加州理工学院玛丽安·布朗纳博士实验室之前的工作已经确定，构成和细分海七鳃鳗后脑的基因与包括人类在内的有颌脊椎动物的基因相同。
然而，这些基因是互连网络或电路的一部分，需要启动和指导才能正确构建后脑。这项新研究发现了一种常见的分子线索，虽然已知它可以指导多种动物的头尾模式，但它是指导海七鳃鳗后脑模式的基因线路的一部分。
贝多瓦说：“我们发现，海七鳃鳗后脑发育不仅涉及相同的基因，而且涉及相同的线索，这表明这一过程是所有脊椎动物的祖先。”
这种信号被称为视黄酸，通常被称为维生素A。虽然研究人员知道视黄酸会提示基因回路在复杂物种中构建后脑，但人们认为它与海七鳃鳗等更原始的动物无关。令人惊讶的是，他们发现海七鳃鳗核心后脑回路也是由视黄酸启动的，这提供了证据表明这些海怪和人类的关系比预期的要密切得多。
“人们认为，因为海七鳃鳗没有下巴，所以它们的后脑不像其他脊椎动物那样形成，”克鲁姆劳夫说。“我们已经证明，大脑的这个基本部分的构建方式与小鼠甚至人类完全相同。”
有一些众所周知的信号分子可以告知细胞在发育过程中的命运。现在，研究人员发现视黄酸是另一个主要参与者，它可以提示发育中的重要步骤，例如脑干的形成。此外，如果后脑的形成是所有脊椎动物的保守特征，那么其他机制必须负责解释它们令人难以置信的多样性。
“我们都来自一个共同的祖先，”贝多瓦说。“海七鳃鳗提供了额外的线索。现在我们需要进一步回顾进化时间，以发现控制后脑形成的基因电路何时首次进化。”
