现在，熄灭手机屏幕，在反光中看看你的脸。

如果从正中央画一条竖线，你的左右两侧几乎是一样的，这说明你是一只“两侧对称动物”。

你身边的动物也都一样：猫猫、狗狗、鱼缸里的鱼，甚至是刚刚打死的一只蟑螂，都是两侧对称的。

这样的身体范本诞生在大约 6 亿年前，那时，在诸多辐射对称（参考今天的水母）或压根不对称（例如一些海绵）的动物中，最早一批两侧对称的生物出现了。

图片来源：Frédéric Ducarme/wikipedia CC BY-SA 3.0

然而在自然界，总有一些生物选择向反方向前进，海胆就是其中之一。

幼年的海胆长得就像一只外星飞船，拥有六条透明的“手臂”，和一个尖尖的“驾驶舱”。

最重要的是，它是标准的两侧对称生物。

然而，一场剧烈的变态发育即将到来：

在这个幼体内，一个全新的身体正在慢慢长大，并将最终破体而出，吞掉过去的自己，长成我们熟悉的海胆的样子。

图片来源：wikipedia

这时，海胆就变成了一个辐射对称结构的生物——这样的发育过程，几乎打破了动物演化中最根深蒂固的界限。

从辐射对称到两侧对称，这个看似简单的转变，其实是一场演化上的飞跃。

可以想象，只有在两侧对称的情况下，我们在说“前面”“后面”“左边”“右边”时才有了意义。

对于动物来说，明确的方向就意味着更主动的运动能力，也意味着更大的生存机会。

更重要的是，两侧对称还让我们拥有了“上面”和“下面”。

有理论认为，两侧对称开启了“头”的形成——我们的神经逐渐集中在前方，或者说上面的方向位，最终它们集成了一个紧密的结构，负责我们最重要的感知和思维系统——这就是我们的头脑。

因此，这也让辐射对称的海胆看起来就不像有脑子的样子。

全身都是脑

早在上世纪 90 年代，解剖生物学家就认为，海胆是一种没有脑子的生物。

切开海胆的硬壳后，在它底部的嘴的周围，是一圈非常简陋的中央神经环，这个环上分出五条主要的神经索，像自行车辐条一样，延伸到身体各处——这就是肉眼能够看到的海胆的全部神经结构。

这个结构太简单了，看起来完全不像一个复杂的处理中心，因此当时的科学家得出了一个合乎逻辑的推论：海胆没有大脑。

这个简单的神经环和神经索网络，可能只负责一些最简单的信号传输，从而达到协调运动反射的目的。比如受到触碰时收缩管足、倾斜棘刺等。

然而，最近一项发表于《科学·进展》（Science Advances）的研究发现，海胆可能并不像我们想的那样没有脑子——它们全身都是脑子！

分子标记与染色技术帮助研究人员识别了基因在身体各部位的表达情况（图片来源：原论文）

消失的身体

相比简单的解剖，这项研究决定直接观察海胆在成年的过程中，基因是如何工作的。来自意大利那不勒斯安东·多恩动物研究所的海洋生物学家带领团队，详细分析了刚完成变态发育的拟球海胆（Paracentrotus lividus）细胞中激活的基因。

通过这种方式，研究者不仅能够准确识别这是一个神经细胞、皮肤细胞还是肌肉细胞，还能推断出它的具体功能。

研究团队发现，海胆的神经元远不止集中在那个简单的神经环中。事实上，海胆体内最丰富的细胞就是神经元。

这些神经元分布在海胆全身，多达数百种，而且同时表达着棘皮动物特有的“头部”基因，以及在脊椎动物中枢神经系统中普遍存在的基因。

这说明，海胆不仅全身都是神经，而且这些神经构成了一个类似大脑的整合系统。

而那些与躯干相关的基因，就只局限在海胆的消化道、水管系统等内部结构和器官中。

换句话说，海胆其实并没有真正的躯体，它的结构是一个头，加上了一些必要的器官。

图片来源：Periklis Paganos

海胆的神经元还展现出多样化的分子特征表达，其中的许多神经递质你或许也很熟悉：多巴胺、血清素、乙酰胆碱等等。

这也印证了“海胆的神经系统非常精密”，研究者在论文中写道，“已经远超简单的神经元和神经节相互连接形成的网络。”

海胆虽然没有眼睛，却也能对光线做出反应。这要归功于它体内能够感受光线的细胞。

研究者发现，拟球海胆具有 15 种独特的光感受器类型，而且全身都分布着对光敏感的细胞，整体结构甚至可以媲美人类的视网膜。

如果用人做比喻，可能海胆就是一个长满了眼睛，而且所有眼睛都长在大脑上，没有躯体，只有最中央存在一套消化系统的诡异模样。

演化特例

海胆的发现并非孤例。在演化树上，棘皮动物处于一个极为特殊的位置，它们与我们的亲缘关系，甚至比昆虫和章鱼等看似“聪明”的无脊椎动物更近。

然而，它们却选择了一条截然不同的演化道路。近年来，我们几乎在重新认识整个棘皮动物门。

2023 年，《自然》（Nature）发表的一项类似研究回答了关于另一个棘皮动物门的著名问题：海星的头究竟在哪。

研究团队将海星切成薄片，从三个不同的方向检测了基因表达的差异，最终确定海星的头也是全身分布的。

具体来说，海星的头分别位于身体的中心，以及每条“手臂”的中心。而与躯干有关的基因，只出现在海星“手臂”非常边缘的位置。

图片来源：Laurent Formery/Evident Image of the Year Award

就像海胆一样，与其说是海星没有头，不如说它们是没有了身体，只剩下了一个头在海底爬行。

“我们的研究结果表明，没有传统中枢神经系统的动物仍能发展出类似大脑的组织结构，”这项发表于《科学·进展》的研究的第一作者、柏林自然博物馆的 Jack Ullrich-Lüter 表示，“这从根本上改变了我们对复杂神经系统演化的认知。”

虽然但是，我们吃的是海胆的性腺——大概可以不算脑子的一部分吧。

参考文献

[1]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx7753#sec-3

[2]https://www.museumfuernaturkunde.berlin/en/museum/media/press/researchers-discover-all-body-brain-sea-urchins

[3]https://www.nature.com/articles/s41586-023-06669-2

[4]https://www.popularmechanics.com/science/animals/a69443677/all-brain-creature/

《夸克》非常好用的免费AI浏览器

下载APP查看