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螳螂虾脑结构的新线索

2019-05-25 11:49:53 • 来源：

亚利桑那大学的尼克斯特鲁斯菲尔德和现在华盛顿大学的加布里埃拉沃尔夫领导的研究人员密切关注珊瑚礁顶级节肢动物捕食者的螳螂虾的神经系统，发现脑结构 - 根据教科书的智慧 - 不应该在那里。

螳螂虾脑结构的新线索

被称为蘑菇体的这些结构在形成记忆和学习中起着关键作用，现在只在昆虫中发现。研究结果似乎质疑最常见的情景，即追踪大脑结构在节肢动物中的演变过程。

由于已经普遍认为昆虫是从甲壳类动物进化而来的，而蘑菇体是昆虫所独有的(或者看起来似乎如此)，大多数生物学家都认为这些独特的大脑结构是在昆虫谱系从甲壳类动物谱系分裂后进化而来的。

这项研究的意义发表在开放获取期刊eLife上，指出了两种可能的情景之一，两者同样可能引起科学界的关注。根据UA神经科学系的Regents教授和该论文的资深作者Strausfeld的说法，一种解释表明蘑菇体比科学家认识的更为古老，并且除了螳螂虾(一种称为stomatopods的螳螂虾)几乎在所有甲壳类动物中都丢失了。这是甲壳类动物的姐妹群，如虾，龙虾和螃蟹。在另一种情况下，蘑菇体通过称为趋同进化的过程独立地在口足动物中进化并且类似于它们在昆虫中的对应物。

节肢动物包括超过400万种，是最大和最多样化的动物群，包括甲壳类动物，昆虫和蜘蛛。所有的节肢动物都被认为是从一个共同的祖先下降，很可能是一个超过5.5亿年前居住在海底的生物。节肢动物家族树在那个早期的确切分枝仍然是模糊的，这是一个粗略的画面，隐藏在化石记录的深层时间和空隙中。

通过观察螳螂虾脑中的细胞和神经连接，该研究的作者表明，在甲壳类动物中，只有螳螂虾拥有真正的蘑菇体。然而，有趣的是，他们还在螳螂虾的近亲身上发现了这些标志性结构的一些特征：清洁虾，手枪虾和土地寄居蟹。

作者认为，这可能不是巧合，他们认为，在甲壳类动物中，螳螂虾及其亲属是唯一一个依赖于确切位置记忆的已知群体。因此，正是这些分类群保留了蘑菇体可能并不是巧合，因为“一个提出的大型蘑菇体进化的驱动因素需要回忆起获取食物的地方的确切位置和性质”，作者写道。

“在昆虫中，蘑菇体是学习和记忆所必需的，”斯特劳斯菲尔德说。“我们早些时候表明，在蟑螂中它们是记忆地方所必需的。大多数昆虫都是如此。在甲壳类动物中找到这种结构真的令人兴奋，因为它表明它可能是在深层时间出现的：一个古老的中心，保留超过5亿年，执行这项功能。“

使用一种称为免疫组织化学的技术，Wolff和Strausfeld首先制备了非常薄的螳螂虾脑组织切片，并应用了特异性检测已知在学习和记忆中起重要作用的某些蛋白质的抗体。由于这些抗体与荧光标记物偶联，研究人员可以追踪这些蛋白质的确切位置，因为它们勾勒出神经系统的解剖结构。

“当我们在显微镜下研究为学习和记忆蛋白质染色的切片时，典型的蘑菇体叶片代表昆虫蘑菇体非常密集地照亮，”斯特劳斯菲尔德说。

该团队确信其确定的结构确实是蘑菇体。虽然过去只有三个神经解剖学特征被常规用于识别昆虫大脑中的这些标志性结构，但团队将这一系列角色扩展到了14个，并且根据斯特劳斯菲尔德的说法，“令我们高兴，就像昆虫一样，螳螂虾揭示了每一个他们。”

该研究的作者承认，虽然有趣，但他们的研究结果并没有确切地说明蘑菇体是如何以及何时进化的。这种令人惊叹的复杂性的相同中心已经在口足动物和昆虫中进化，这种假设与在所有节肢动物的进化中早期进化的蘑菇体的替代品一样令人着迷。施特劳斯菲尔德和他的合着者并不认为一个人比另一个人更有可能。

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