來自維也納大學和不來梅港阿爾弗雷德韋格納研究所的一個研究小組發現，成年海蟲的眼睛在其一生中如何不斷變大。這項研究表明，這種持續生長是由一圈神經乾細胞驅動的，這些神經乾細胞類似於脊椎動物眼睛中發現的類似結構。這些幹細胞也對環境中的光做出反應。該研究發表在《自然通訊》雜誌上。它為眼睛的進化提供了新的視角。並強調光如何影響成人神經系統。即使在通常被認為生物學上簡單的物種中，
人們通常將復雜的眼睛與哺乳動物、鳥類或章魚聯繫起來。然而，海洋環節動物如剛毛蟲 扁沙蠶 它們的眼睛具有類似相機的設計，類似於脊椎動物和烏賊的眼睛。有些物種可以看到令人驚訝的細節。科學家們長期以來一直想知道這些無脊椎動物的眼睛是如何繼續發育成成年人的。來自不來梅港維也納大學阿爾弗雷德韋格納研究所和奧爾登堡大學的合作團隊開始研究這個問題。並發現了挑戰傳統假設的發現。
平行進化和隱藏生長區
脊椎動物和無脊椎動物的相機眼都是平行進化的典型例子。這是獨立於具有相似生物需求的可比解決方案的出現。了解這樣的眼睛在成熟後如何繼續發育。研究人員檢查了成年人的眼睛。 扁雀屬它是研究感光細胞和大腦進化的著名模式生物。
第一作者 Nadja Milivojev 來自神經科學和發育生物學系。維也納大學利用單細胞 RNA 測序，鑑定了與乾細胞相關的分子特徵。並繪製了它們在蠕蟲視網膜中的位置和行為。她的研究揭示了視網膜邊緣的清晰區域充滿了神經乾細胞，每當成年人的眼睛擴張時，神經乾細胞就會密集分裂。 “在蠕蟲視網膜邊緣發現細胞分裂真是太神奇了。這也是一些脊椎動物維持視網膜幹細胞以維持眼睛終生生長的地方，”米利沃耶夫說。
該區域被稱為“睫狀體區”，據信支持眼睛的持續生長。這也是毛毛蟲視網膜中發現的圖案。維也納大學的資深作者 Florian Raible 指出，在魚類和兩棲動物等脊椎動物中，隨著生物體的不斷生長，該區域會產生新的視網膜神經元。他解釋說：“Nadja 的研究表明，剛毛蟲的眼睛還可以增加新的光感受器並擴大其尺寸。這一特徵在脊椎動物譜系之外尚未得到充分研究。”
眼睛發育中的光反應機制
研究小組還發現，周圍的光蟲對調節眼睛的生長起著直接作用。遺傳和分子分析表明，一種稱為視蛋白的光敏蛋白是造成這種效應的原因。這種分子也存在於脊椎動物的視桿細胞和視錐細胞中。先前的研究表明，蠕蟲的眼睛依賴於不同類型的視蛋白。因此，脊椎動物型zeopsin的存在是一個意外的發現。米利沃耶夫和他的同事確定該分子出現在非常早期的前體中。線蟲感光細胞的這表明它充當分子開關，將光暴露與乾細胞活動聯繫起來。這些結果表明視覺系統不僅僅檢測光。但它們也可以根據光線來調整自己的發育。
進化聯繫和新問題
這一發現解決了在了解脊椎動物和無脊椎動物的眼睛如何持續生長和生存方面長期存在的差距，表明 扁雀屬 眼睛依賴於神經乾細胞環，這使研究人員更接近於揭示指導感覺器官進化的普遍原理。研究結果還提出了有關其他幹細胞群的幾個新問題。身體能對環境光做出反應嗎？人造光如何干擾這些自然生物過程？研究人員希望未來探索線蟲幹細胞系統的研究將有助於回答這些問題。它為神經系統如何適應和自我修復提供了新的見解。資深作者 Kristin Tessmar-Raible（維也納大學、阿爾弗雷德韋格納研究所、奧爾登堡大學）強調，“揭示意外情況的基礎研究對於理解生命的生物複雜性及其對人類影響可能產生的後果至關重要。”
總結
- 維也納大學和阿爾弗雷德-韋格納研究所的研究人員對成年海蝴蝶毛毛蟲的研究是發現眼睛和大腦如何發育的有價值的模型。光如何影響視覺以外的生物？
- 研究小組發現，眼睛 扁沙蠶 在蠕蟲的整個生命週期中持續生長。這種持續的生長是由神經乾細胞環驅動的，類似於一些脊椎動物中發現的生長區，隨著它們的成熟，它們的眼睛會繼續擴大。
- 他們的工作有助於回答有關無脊椎動物和脊椎動物的相機眼睛如何生長和維持的長期存在的問題。結果表明，即使在截然不同的進化路徑上，許多動物也依賴共享的細胞策略來實現生長和靈活性。
- 通過表明 扁雀屬 眼睛依賴於這個乾細胞環。這項研究使科學家們更接近於確定決定感覺器官進化的普遍規律。
