新研究表明海星和其他棘皮动物的身体实际上只是头部

几个世纪以来，博物学家一直对海星头部的构成感到困惑。当观察一条蠕虫或一条鱼时，很清楚哪一端是头，哪一端是尾。但由于它们有五个相同的手臂，人们都在猜测如何从背面确定生物体的前端。这种不寻常的身体结构让许多人得出结论：海星可能根本没有头。但现在，斯坦福大学和其他地方的生物学家发现事实更接近绝对相反。虽然他们在幼年海星的几乎所有地方都检测到了与头部发育相关的基因特征，但编码动物躯干和尾部部分的基因表达却基本上缺失。

海星(sea star)属于一种叫做棘皮动物的动物，该动物还包括海胆和沙钱。

棘皮动物具有独特的“五重对称”身体结构，这意味着它们的身体部位排列成五个相等的部分。

这与它们的双侧祖先非常不同，它们的左侧和右侧彼此镜像，就像人类和许多其他动物一样。

“自从我们研究棘皮动物以来，棘皮动物的不同身体部位与我们在其他动物群体中看到的身体部位之间的关系一直是科学家们的一个谜，”南安普顿大学的杰夫·汤普森博士说。

“在它们的双边亲戚中，身体分为头部、躯干和尾巴。但仅观察海星，不可能看出这些部分与双侧动物的身体有何关系。”

“几个世纪以来，这一直是一个动物学之谜，”斯坦福大学教授克里斯·洛说。

“如何从双侧身体计划转变为五肢计划，如何将海星的任何部分与我们自己的身体计划进行比较?”

在这项新研究中，研究人员将海星Patiria miniata的分子标记与其他后口动物进行了比较，后口动物是一个更广泛的动物群体，包括棘皮动物和双边动物，如脊椎动物。

它们拥有共同的祖先，因此通过比较它们的发育，他们可以更多地了解棘皮动物如何进化出独特的身体结构。

科学家们使用各种高科技分子和基因组技术来了解海星发育和生长过程中不同基因的表达位置。

他们使用微型 CT 扫描以前所未有的细节了解动物的形状和结构。

然后，他们使用RNA断层扫描和原位杂交创建了海星基因表达的三维图谱，并找出了特定基因在发育过程中表达的位置。

具体来说，他们绘制了控制外胚层(包括神经系统和皮肤)发育的基因的表达图谱。

众所周知，这标志着其他后口动物体内的前后(从前到后)图案。

他们发现这种图案与海星臂的中线到横向轴相关——海星臂的中线代表前部，最外侧的横向部分更像后部。

在后口动物中，有一组独特的基因在躯干的外胚层中表达。但在海星中，许多这些基因在外胚层中根本不表达。

汤普森博士说：“当我们将海星的基因表达与脊椎动物等其他动物群体的基因表达进行比较时，发现身体结构的一个关键部分缺失了。”

“通常与动物躯干图案相关的基因并未在外胚层中表达。”

“看来整个棘皮动物的身体结构大致相当于其他动物群体的头部。”

这表明海星和其他棘皮动物可能通过失去其双侧祖先的躯干区域而进化出五节身体结构。

这使得棘皮动物的移动和进食方式与两侧对称的动物不同。

“我们的研究告诉我们，棘皮动物的身体结构以比之前想象的更复杂的方式进化，关于这些有趣的生物还有很多东西需要了解，”汤普森博士说。

“作为过去十年来研究它们的人，这些发现从根本上改变了我对这群动物的看法。”

研究结果发表在《自然》杂志上。