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圖片來源：Frédéric Ducarme/wikipedia CC BY-SA 3.0

撰文 ：二七

審校：clefable

封面圖片來源：Unsplash

現(xiàn)在，熄滅手機屏幕，在反光中看看你的臉。如果從正中央畫一條豎線，你的左右兩側(cè)幾乎是一樣的，這說明你是一只“兩側(cè)對稱動物”。

你身邊的動物也都一樣：貓貓、狗狗、魚缸里的魚，甚至是剛剛打死的一只蟑螂，都是兩側(cè)對稱的。這樣的身體范本誕生在大約6億年前，那時，在諸多輻射對稱（參考今天的水母）或壓根不對稱（例如一些海綿）的動物中，最早一批兩側(cè)對稱的生物出現(xiàn)了。

然而在自然界，總有一些生物選擇向反方向前進，海膽就是其中之一。

幼年的海膽長得就像一只外星飛船，擁有六條透明的“手臂”，和一個尖尖的“駕駛艙”。最重要的是，它是標準的兩側(cè)對稱生物。然而，一場劇烈的變態(tài)發(fā)育即將到來：在這個幼體內(nèi)，一個全新的身體正在慢慢長大，并將最終破體而出，吞掉過去的自己，長成我們熟悉的海膽的樣子。

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這時，海膽就變成了一個輻射對稱結(jié)構(gòu)的生物——這樣的發(fā)育過程，幾乎打破了動物演化中最根深蒂固的界限。

從輻射對稱到兩側(cè)對稱，這個看似簡單的轉(zhuǎn)變，其實是一場演化上的飛躍。可以想象，只有在兩側(cè)對稱的情況下，我們在說“前面”“后面”“左邊”“右邊”時才有了意義。對于動物來說，明確的方向就意味著更主動的運動能力，也意味著更大的生存機會。

更重要的是，兩側(cè)對稱還讓我們擁有了“上面”和“下面”。有理論認為，兩側(cè)對稱開啟了“頭”的形成——我們的神經(jīng)逐漸集中在前進，或者說上面的方向位，最終它們集成了一個緊密的結(jié)構(gòu)，負責我們最重要的感知和思維系統(tǒng)——這就是我們的頭腦。

因此，這也讓輻射對稱的海膽看起來就不像有腦子的樣子。

全身都是腦

早在上世紀90年代，解剖生物學家就認為，海膽是一種沒有腦子的生物。切開海膽的硬殼后，在它底部的嘴的周圍，是一圈非常簡陋的中央神經(jīng)環(huán)，這個環(huán)上分出五條主要的神經(jīng)索，像自行車輻條一樣，延伸到身體各處——這就是肉眼能夠看到的海膽的全部神經(jīng)結(jié)構(gòu)。

這個結(jié)構(gòu)太簡單了，看起來完全不像一個復雜的處理中心，因此當時的科學家得出了一個合乎邏輯的推論：海膽沒有大腦。這個簡單的神經(jīng)環(huán)和神經(jīng)索網(wǎng)絡，可能只負責一些最簡單的信號傳輸，從而達到協(xié)調(diào)運動反射的目的。比如受到觸碰時收縮管足、傾斜棘刺等。

然而，最近一項發(fā)表于《科學·進展》（Science Advances）的研究發(fā)現(xiàn)，海膽可能并不像我們想的那樣沒有腦子——它們?nèi)矶际悄X子！

分子標記與染色技術(shù)幫助研究人員識別了基因在身體各部位的表達情況丨原論文

消失的身體

相比簡單的解剖，這項研究決定直接觀察海膽在成年的過程中，基因是如何工作的。來自意大利那不勒斯安東·多恩動物研究所的海洋生物學家?guī)ьI(lǐng)團隊，詳細分析了剛完成變態(tài)發(fā)育的擬球海膽（Paracentrotus lividus）細胞中激活的基因。通過這種方式，研究者不僅能夠準確識別這是一個神經(jīng)細胞、皮膚細胞還是肌肉細胞，還能推斷出它的具體功能。

研究團隊發(fā)現(xiàn)，海膽的神經(jīng)元遠不止集中在那個簡單的神經(jīng)環(huán)中。事實上，海膽體內(nèi)最豐富的細胞就是神經(jīng)元。這些神經(jīng)元分布在海膽全身，多達數(shù)百種，而且同時表達著棘皮動物特有的“頭部”基因，以及在脊椎動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中普遍存在的基因。這說明，海膽不僅全身都是神經(jīng)，而且這些神經(jīng)構(gòu)成了一個類似大腦的整合系統(tǒng)。

而那些與軀干相關(guān)的基因，就只局限在海膽的消化道、水管系統(tǒng)等內(nèi)部結(jié)構(gòu)和器官中。換句話說，海膽其實并沒有真正的軀體，它的結(jié)構(gòu)是一個頭，加上了一些必要的器官。

圖片來源：Periklis Paganos

海膽的神經(jīng)元還展現(xiàn)出多樣化的分子特征表達，其中的許多神經(jīng)遞質(zhì)你或許也很熟悉：多巴胺、血清素、乙酰膽堿等等。這也印證了“海膽的神經(jīng)系統(tǒng)非常精密”，研究者在論文中寫道，“已經(jīng)遠超簡單的神經(jīng)元和神經(jīng)節(jié)相互連接形成的網(wǎng)絡�！�

海膽雖然沒有眼睛，卻也能對光線做出反應。這要歸功于它體內(nèi)能夠感受光線的細胞。研究者發(fā)現(xiàn)，擬球海膽具有15種獨特的光感受器類型，而且全身都分布著對光敏感的細胞，整體結(jié)構(gòu)甚至可以媲美人類的視網(wǎng)膜。

如果用人做比喻，可能海膽就是一個長滿了眼睛，而且所有眼睛都長在大腦上，沒有軀體，只有最中央存在一套消化系統(tǒng)的詭異模樣。

演化特例

海膽的發(fā)現(xiàn)并非孤例。在演化樹上，棘皮動物處于一個極為特殊的位置，它們與我們的親緣關(guān)系，甚至比昆蟲和章魚等看似“聰明”的無脊椎動物更近。然而，它們卻選擇了一條截然不同的演化道路。近年來，我們幾乎在重新認識整個棘皮動物門。

2023年，《自然》（Nature）發(fā)表的一項類似研究回答了關(guān)于另一個棘皮動物門的著名問題：海星的頭究竟在哪。

研究團隊將海星切成薄片，從三個不同的方向檢測了基因表達的差異，最終確定海星的頭也是全身分布的。具體來說，海星的頭分別位于身體的中心，以及每條“手臂”的中心。而與軀干有關(guān)的基因，只出現(xiàn)在海星“手臂”非常邊緣的位置。

圖片來源：Laurent Formery/Evident Image of the Year Award

就像海膽一樣，與其說是海星沒有頭，不如說它們是沒有了身體，只剩下了一個頭在海底爬行。

“我們的研究結(jié)果表明，沒有傳統(tǒng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的動物仍能發(fā)展出類似大腦的組織結(jié)構(gòu)，”這項發(fā)表于《科學·進展》的研究的第一作者、柏林自然博物館的Jack Ullrich-Lüter表示，“這從根本上改變了我們對復雜神經(jīng)系統(tǒng)演化的認知�！�

雖然但是，我們吃的是海膽的性腺——大概可以不算腦子的一部分吧。

參考文獻

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

[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/

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