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海胆用餐:食物多少不重要,全看光线好不好

光是绝大多数生命体的重要生物信号。近日,日本筑波大学的研究人员在《BMC生物学》杂志发文称,海胆利用光信号调节幽门(消化系统的重要组成部分)的开闭。这表明神经元细胞最初可能是根据光信号来调节消化系统的。

“光敏”系统通常依赖于视蛋白家族的蛋白活动。视蛋白广泛存在于整个动物界,包括有视觉系统的生物和无视觉系统的生物。了解视蛋白在不同物种中的功能,有助于揭示视觉/非视觉系统如何在不同生物中进化,使它们得以将光作为外部信号。视蛋白在海胆等步带类动物(Ambulacraria)中的功能还未被确定,而这正是此次研究人员想要解决的问题。

“眼睛和视觉系统的功能已有清晰的定义。”论文通讯作者Shunsuke Yaguchi教授说,“然而,在整个进化过程中,光依赖系统是如何被保留下来并逐渐多样化的,我们还不清楚,尤其是后口动物,因为关于步带类动物信号通路的数据仍然缺乏。”

为了解决这个问题,研究人员测试了光暴露是否会引起海胆消化道活动的变化。随后,他们又利用显微手术和基因敲除实验,测试海胆消化系统中的视蛋白细胞是否介导了光的作用。“研究结果揭示了视蛋白在海胆中的新作用。”Yaguchi教授解释,“具体来讲,我们发现即使在没有食物刺激的情况下,通过光线刺激海胆幼虫也会导致其消化系统功能的改变。”此外,研究人员还发现,靠近视蛋白表达细胞的5-羟色胺能神经元是介导光刺激释放一氧化氮(一种神经递质)的关键。

Yaguchi教授说:“我们的研究结果对进化过程的理解具有重要启示意义,尤其是通过神经递质控制的光依赖系统的进化。”

这些数据表明,在我们的进化学祖先中,大脑神经元的早期功能可能是调节消化系统。由于食物消耗和营养吸收对生存至关重要,复杂脑-肠调节系统的发育也许是动物进化的重要一步。

科界原创

编译:灯丝

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《BMC生物学》

期刊编号:1741-7007

原文链接:

https://phys.org/news/2021-04-brain-evolved-digestion-presence-food.html

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