最原始的神经系统的起源来自哪里？
本文转自：中国数字科技馆
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查尔斯·达尔文（Charles Darwin）与儿子弗朗西斯（Francis）合写了一本书 ， 名为《植物的运动本领》（The Power of Movement in Plants） ， 书中他们首次将根端确定为植物的指挥中心 。与我们依照地球引力场的方向相反 ， 达尔文提出 ， 根端代表植物或树木的前认知极(anterior cognitive pole） ， 而芽(shoot）端代表后极 。按照这种观点 ， 根端只寻找有利于生长的土壤环境 ， 而芽端则发育为用于繁殖的性器官 。
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在高度极化的大脑皮层（cortex）和树木之间可以进行另一种有启发性的比较 。锥体细胞(pyramidal cell）高度分叉的树突(dendrites）顶端延伸至大脑皮层(cortical sheet） ， 同时轴突(axon）部分穿过下方的白质(white matter） 。要解释为什么树木、神经系统或单个神经元将资源集中在自身的某些区域中 ， 并同外部环境发展出独特且多样的联络 ， 我们需要确定这些联络所倚赖的化学信号和物理推动力 。
在最新一期特刊中 ， L. Moroz等人通过追溯最原始的神经系统的起源 ， 阐述了细胞内的一些分子如何一步步被赋予了神经递质的角色 。尽管文章中提出的许多想法以及关于大脑起源的更广泛的问题仍然停留在假设阶段 ， 但真相往往在惊讶中传播才会更容易被接受 。因此 ， 神经系统的演化看似不可能 ， 实则是在有合适化学物质存在下的多细胞生命体为实现胞外消化而进化出的必然结果 。
在这种情况下 ， 有说服力的解释是多肽或小分子蛋白神经递质必须最先进化 。基因记录表明 ， 具有合适三维结构的分泌型蛋白水解酶（secreted proteolytic digestive enzymes）和肽毒素是自然选择作用的早期分子靶标 。大多数信号肽[signaling peptides ， 起源自高尔基体（Golgi apparatus）]产生自前肽的一系列水解及化学修饰 。肽原裂解经由激素原转化酶催化 ， 随后碳端的一个甘氨酸残基在双功能肽基甘氨酸α-酰胺化单加氧酶（PAM）作用下被修饰为酰胺 。上述反应通常发生在双碱基或单碱基位点（例如赖氨酸-精氨酸） 。
在另一篇文章中 ， 作者Gáspár Jékely对肽能信号传导机制的起源问题提出了其他见解 。他指出 ， PAM发挥作用早于神经系统 ， 该酶也存在于莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）细胞的纤毛部位 。质谱分析显示 ， 衣藻中的PAM以趋化肽（chemoattractant peptides）作底物 ， 而趋化肽会在衣藻细胞纤毛外分泌以吸引配子 。绿藻中这种细胞间信号转导装置的存在揭示了产生酰胺化神经肽的令人惊讶的初期进化祖先 。
Jékely的化学脑起源假说认为神经递质的出现早于突触（synapse）和轴突（neurite） ， 而不是相反 。换句话说 ， 递质构成神经系统 。他进一步提出 ， 循环系统和神经血器官的进化通过扩散释放了对肽能信号传导的限制 。无脊椎动物初级体腔内的血腔循环 ， 加上肽的释放 ， 确保了在逐渐生长的机体内信号的快速传导 。有趣的是 ， 诞生于现代循环系统（具有充氧和免疫细胞）之前的原始神经系统也能将营养物质和代谢产物扩散至机体中其他部分 ， 并且可能最初就是出于此目的而进化的 。
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