面向海葵的新研究成果指出了多细胞生物的早期进化事件它们生来就是捕食者吗？

2023-10-08 11:52:16 来源：cnBeta

最早的动物是捕食者还是像今天生活在海洋中的海绵一样的滤食者？与藻类的共生又扮演了什么角色，比如造礁珊瑚？海德堡大学托马斯-W-霍尔施泰因教授领导的研究小组对海葵的发展过程进行了研究，其惊人的发现表明，捕食性的生活方式塑造了海葵的进化过程，并对其神经系统的起源产生了重大影响。

(资料图)

图为海葵 Aiptasia（青色细胞核和绿色刺细胞）的早期刨形幼虫阶段捕食桡足类 Tisbe sp.的甲壳类稚虫（绿色）。图片来源：Ira Mägele 和 Ulrike Engel

研究人员能够证明，小型海葵 Aiptasia 的年轻生命阶段（幼虫）会主动捕食活的猎物，而不依赖藻类。为了捕捉猎物，海葵幼虫使用了特化的刺细胞和简单的神经元网络。

在多细胞生物的早期胚胎发育过程中，胃形成起着关键作用。"最简单的胃管是由一个空心的细胞球--胚泡--发育而成，形成一个带有肠道和口腔的幼虫阶段；想象一下把一个球从一侧向内推。所有动物都要经过这个胃器阶段，在动物进化之初，这个阶段也可能存在，"鲁佩托-卡罗拉生物研究中心（COS）的发育和进化生物学家霍尔施泰因教授解释说。

图为小海葵 Aiptasia 的幼虫（青色核）与摄入的桡足类 Tisbe sp.的甲壳类稚虫（绿色）。图片来源：Ira Mägele 和 Ulrike Engel

Ira Mägele（他的研究小组成员）成功地证明，早在胃后期，海葵幼虫就能用刺细胞捕获大小合适的猎物，用嘴将其吞下，并在原始肠道中消化。

Aiptasia 海葵是研究珊瑚和其他刺胞动物内共生现象的模型系统。

"珊瑚生活在营养贫乏的水域中，幼虫或幼小的珊瑚虫会吸收共生藻细胞。"托马斯-霍尔施泰因说："然而这一过程对成虫很重要，但不会导致幼虫的生长和定居，这表明营养是生命周期结束的关键一步。"

对营养条件进行的实验室研究表明，小青鱼幼虫的食物必须足够小，而且必须是活的。Tisbe桡足类的甲壳幼虫小 50 到 80 微米，与 Aiptasia 幼虫大小相似，因此是理想的食物。

幼虫不断迅速长大，然后在基质上定居并变态为初级息肉。Ira Mägele解释说："通过这种方式，我们首次培育出了成熟的珊瑚虫及其后代。"

奥地利维也纳大学的参与研究人员伊丽莎白-汉伯顿博士强调说："通过关闭 Aiptasia 的生命周期，最终将有可能对这种重要的内共生模式生物进行功能研究所需的分子遗传实验"。

来自慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的安妮卡-古塞博士（Annika Guse）教授也是这项研究的合著者之一，她认为这种实验方法是该模式系统研究工作的一个突破。

正如霍尔施泰因教授所强调的，所获得的数据描绘了一幅新的图景，即捕食性生活方式是刺胞动物胃器的主要特征。进化理论家恩斯特-海克尔（1834-1919 年）首次提出了"胃器假说"。

"但海克尔假想的胃器是一种过滤微粒的生命形式，就像海绵一样。与此相反，Aiptasia 和其他刺胞动物的捕食性胃管具有专门的刺细胞，用于捕捉猎物"。

这位海德堡生物学家补充说，类似胃虫的捕食性生活方式具有排泄毒素的外生细胞器，同样也存在于单细胞生物和简单蠕虫中，这种捕食性生活方式可能是多细胞生物早期进化以及复杂、有组织的神经系统发展的关键驱动力。

关键词：