科学探索|科学家发现脊椎动物颅感觉神经节的遗传起源科学家发现脊椎动物颅感觉神

来自因斯布鲁克大学的研究人员已经确定了我们感官的遗传起源。研究结果显示，脊椎动物的颅感觉神经节产生于与其最接近的活体亲属--被囊动物共享的一个基因程序。

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当动物生命开始出现时，无脊椎动物起初在水域中占主导地位。尽管它们已经有了头部特征，但脊椎动物最终还是成功了，因为它们进化出了一个新的、优越的头部。这个 “新头”使感觉细胞在空间上广泛地分散和繁殖，导致对周围环境的感知大大改善。这对于掠夺性生活方式的进化也是至关重要的。
颅感觉神经节是向脊椎动物大脑传递外部感觉的关键。你可以把它们想象成遍布大脑的神经节，收集来自感觉器官的信息。直到现在，科学家们还不知道这些神经节产生的确切过程。这些问题终于被2022年5月18日发表在《自然》杂志上的一项研究所解决。
脊椎动物的原型
来自因斯布鲁克大学动物学研究所的Ute Rothb?cher的研究小组果断地参与了该项目的最后阶段，这是一个由牛津大学构思的多个机构的国际合作。他们的研究结果表明，脊椎动物的颅感觉神经节是由一个遗传程序产生的，这个程序也存在于它们最接近的活体亲属--被囊动物中。在被囊动物幼虫中，某些感觉神经元，称为双极尾神经元，位于尾部区域。这些神经元处理外部刺激，但也负责动物的运动。在这两个动物亚型中，各自的结构都是由基因Hmx形成的。

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“被囊动物就像脊椎动物的进化原型，”Rothb?cher解释说。“这些亚型的成虫之间存在着巨大的解剖学差距，因为他们适应生态环境。这使得对它们进化的研究变得复杂。共同的结构和机制只能在胚胎阶段被识别出来--我们的共同祖先可能与被囊动物的幼虫非常相似。”
该研究的模型生物是七鳃鳗，一种类似于鳗鱼的原始鱼类，通常被称为 “活化石”；以及玻璃海鞘，它被一个淡黄色的管状套囊所包围，保护动物并过滤食物。
【科学探索|科学家发现脊椎动物颅感觉神经节的遗传起源】保守的基因
Rothb?cher研究小组的博士生Alessandro Pennati提供了关于玻璃海鞘中Hmx基因功能的决定性数据。他应用基因技术CRISPR-Cas9来选择性地敲除基因序列，同时使用瞬时转基因的方法来过度表达基因。
研究人员发现，Hmx在被囊动物中控制双极尾部神经元的发育，而在脊椎动物中，它对颅感觉神经节的发育有控制作用。令人惊讶的是，插入被囊动物 DNA的七鳃鳗Hmx基因片段与玻璃海鞘自身的Hmx有类似的活性。
“Hmx已被证明是一个在整个进化过程中一直保守的中心基因。它保留了其原有的功能和结构，并可能以这种形式存在于脊椎动物和隧道动物的共同祖先中，”Pennati解释说。因此，颅感觉神经节和双极尾部神经元具有相同的进化起源，Hmx可能关键性地参与了脊椎动物中高度专业化的头部感觉器官的形成。