先来看看这项研究的重要成果:国内多个科研团队联合攻关,首次为有“活化石”之称的七鳃鳗构建了一张覆盖全脑的三维空间单细胞图谱。这张图谱的价值在于,它直接重建了脊椎动物脑的“祖先特征”,为我们理解复杂大脑结构如何一步步演化到今天,提供了全新视角。这项成果绝非小事,已经作为封面论文发表在顶级国际期刊《科学》上。

雷氏七鳃鳗实拍照片(受访者供图)
复杂的大脑是脊椎动物区别于无脊椎动物的关键标志,这一点无人质疑。但最早的脊椎动物脑究竟长什么样?长期以来,科学家缺乏直接证据。这就好比我们知道自己是“人”,但祖先的模样只能靠推测。此时,七鳃鳗的研究价值便凸显出来。
那么,七鳃鳗为何如此特殊?它是现存少数几种没有上下颌的脊椎动物之一,大约在4.5亿年前,就和包括人类在内的有颌类脊椎动物祖先演化分道。更难得的是,它的核心形态特征在化石记录中保持了近3.6亿年几乎不变,堪称名副其实的“活化石”。因此,七鳃鳗也被认为是重建脊椎动物脑祖先状态的关键物种。

七鳃鳗3D脑重构动画(受访者供图)
近日,中国科学院昆明动物研究所宿兵团队联合华大生命科学研究院、辽宁师范大学的研究团队,为七鳃鳗精心绘制了这张全脑三维空间单细胞“地图”。借助这张地图,研究人员有了惊人发现:七鳃鳗与小鼠,虽然相隔数亿年的演化历程,多个脑区的基因表达和细胞类型却高度相似。这意味着什么?很可能意味着,早在脊椎动物共同祖先身上,大脑就已经拥有了明确的分区和复杂的分子结构。

论文核心发现与研究亮点(受访者供图)
研究过程中,一个有趣的发现是:七鳃鳗脑中存在一类特殊的“兼职”神经元,这类神经元同时具备兴奋性和抑制性特征。在七鳃鳗和斑马鱼脑中,这类“兼职”神经元占比极高。而随着脊椎动物不断演化,分工更明确、更专业的“专职”神经元才逐渐成为主导。这好比从一个人可以做多种工作的“杂家”,演变成了各司其职的“专家”。
“这张全脑三维图谱就像一份跨越数亿年的‘地图’,为我们理解复杂脑结构如何产生和演化提供了全新视角。”中国科学院昆明动物研究所研究员宿兵如此总结。可以预见,随着空间组学技术的发展,这项研究有望成为未来探索脑演化的重要参考资源。
此外,还有一项硬核发现值得关注:研究人员在七鳃鳗的“小脑样区域”中,鉴定出一类与斑马鱼小脑中间神经元分子特征高度相似的细胞。这一线索表明,七鳃鳗脑中可能已经存在一个雏形小脑。该发现为长期悬而未决的小脑起源问题,提供了全新的分子证据。
