鱿鱼和章鱼如何获得它们的大脑袋

头足类动物——包括章鱼、鱿鱼和它们的墨鱼表亲——能够做出一些真正具有魅力的行为。他们可以快速处理信息以改变形状、颜色甚至纹理，与周围环境融为一体。他们还可以交流，显示空间学习的迹象，并使用工具来解决问题。他们太聪明了，他们甚至会感到无聊。

这不是什么秘密：头足类动物拥有地球上所有无脊椎动物中最复杂的大脑。然而，仍然神秘的是开发过程。基本上，科学家们长期以来一直想知道头足类动物是如何获得它们的大大脑的。哈佛实验室研究了这些软体生物的视觉系统——这是它们三分之二的中央处理组织集中的地方——相信他们已经接近弄清楚了。他们说，这个过程看起来非常熟悉。

在CurrentBiology上发表的一项研究中，FAS系统生物学中心的研究人员描述了他们如何使用一种新的实时成像技术几乎实时地观察胚胎中产生的神经元。然后，他们能够通过视网膜神经系统的发育来追踪这些细胞。他们所看到的让他们感到惊讶。

他们追踪的神经干细胞的行为方式与脊椎动物神经系统发育过程中这些细胞的行为方式惊人地相似。它表明，尽管脊椎动物和头足类动物在5亿年前彼此不同，但它们不仅使用相似的机制来制造它们的大大脑，而且这一过程以及细胞活动、分裂和成形的方式可能基本上奠定了开发这种神经系统所需的蓝图。

“我们的结论令人惊讶，因为我们对脊椎动物神经系统发育的了解长期以来一直被认为是该谱系所特有的，”约翰·哈佛杰出研究员、该研究的资深作者克里斯汀·科尼格(KristenKoenig)说。

“通过观察这个过程非常相似的事实，它向我们表明这两个独立进化的非常大的神经系统正在使用相同的机制来构建它们。这表明这些机制——那些工具——动物使用在发育过程中可能对构建大型神经系统很重要。”

Koenig实验室的科学家们专注于一种名为Doryteuthispealeii的鱿鱼的视网膜，更简单地称为一种长鳍鱿鱼。鱿鱼长到大约一英尺长，在大西洋西北部很丰富。作为胚胎，它们看起来很可爱，头大，眼睛大。

研究人员使用了与研究模式生物(如果蝇和斑马鱼)时流行的技术相似的技术。他们创造了特殊的工具并使用了尖端的显微镜，这些显微镜可以每十分钟拍摄一次高分辨率图像，持续数小时，以观察单个细胞的行为。研究人员使用荧光染料来标记细胞，以便他们绘制并追踪它们。

这种实时成像技术使团队能够观察称为神经祖细胞的干细胞，以及它们的组织方式。这些细胞形成一种特殊的结构，称为假复层上皮。它的主要特征是细胞被拉长，因此它们可以密集排列。研究人员还看到这些结构的核在分裂前后上下移动。他们说，这种运动对于保持组织的组织和持续生长很重要。

这种类型的结构在脊椎动物物种如何发育其大脑和眼睛方面是普遍存在的。从历史上看，它被认为是脊椎动物神经系统可以变得如此庞大和复杂的原因之一。科学家们已经在其他动物身上观察到这种类型的神经上皮的例子，但他们在这种情况下观察到的鱿鱼组织在大小、组织和细胞核移动方式上与脊椎动物组织异常相似。

该研究由Koenig实验室的研究助理FrancescaR.Napoli和ChristinaM.Daly领导。

接下来，该实验室计划研究头足类大脑中不同类型的细胞是如何出现的。Koenig想确定它们是否在不同时间表达，它们如何决定成为一种神经元与另一种神经元，以及这种行为在不同物种之间是否相似。

Koenig对未来的潜在发现感到兴奋。

“这类工作的一大收获就是研究生命的多样性是多么有价值，”科尼格说。“通过研究这种多样性，你实际上可以真正回到关于我们自己的发展和我们自己的生物医学相关问题的基本思想。你真的可以谈论这些问题。”