科学家发现，成年多毛纲蠕虫的眼睛能持续生长，得益于其眼缘存在与脊椎动物眼睛相似的神经干细胞。这种生长过程令人惊讶地受环境光通过类似脊椎动物的c-视蛋白调控。该发现揭示了远缘物种间深层的进化相似性，并提出光如何超越视觉功能塑造神经系统的疑问。它暗示了那些长期被认为构造简单的生物体内潜藏着未知的复杂性。
人们通常将复杂眼睛与哺乳动物、鸟类或章鱼联系在一起。然而，海洋环节动物，例如 bristleworm（刚毛虫）Platynereis dumerilii（杜氏阔沙蚕），拥有与脊椎动物和头足类动物相似的、具备相机样设计结构的眼睛，有些物种甚至能看到令人惊讶的细节。科学家们长期以来一直想知道这些无脊椎动物的眼睛在成年期是如何持续生长的。来自维也纳大学、不来梅港阿尔弗雷德·魏格纳研究所和奥尔登堡大学的一个合作团队着手研究这个问题，并发现了挑战传统假设的结果。
平行演化与隐藏的生长区
脊椎动物和无脊椎动物的相机型眼睛是平行演化的经典例子，它们作为应对相似生物需求的可比较解决方案而独立出现。为了解此类眼睛在成熟后如何持续发育，研究人员检查了Platynereis（沙蚕属）的成体眼睛，这是一种研究光感受器和大脑演化的成熟模式生物。
维也纳大学神经科学和发育生物学系的第一作者 Nadja Milivojev 利用单细胞 RNA 测序，鉴定了与干细胞相关的分子标记，并绘制了它们在蠕虫视网膜中的位置和行为图。她的研究揭示了一个沿着视网膜边缘的独特区域，每当成体眼睛扩大时，该区域就密集地充满分裂的神经干细胞。Milivojev 说："在蠕虫视网膜边缘发现分裂细胞是引人注目的——这恰好是一些脊椎动物群体终生维持其视网膜干细胞以支持眼睛持续生长的相同位置。"
这个被称为"睫状缘区"的区域，被认为支持眼睛的持续生长，这种模式现在也在 bristleworm 的视网膜中被观察到。资深作者、维也纳大学的 Florian Raible 指出，在鱼类和两栖类等脊椎动物中，这个区域在生物体持续生长的同时产生新的视网膜神经元。他解释说："值得注意的是，Nadja 的工作表明，bristleworm 的眼睛也能增加新的光感受器细胞并扩大其尺寸——这种特性在脊椎动物谱系之外尚未得到充分研究。"
眼睛发育中的光响应机制
该团队还发现，蠕虫周围环境中的光在调节眼睛生长方面发挥着直接作用。遗传和分子分析揭示，一种名为 c-视蛋白的光敏蛋白是造成这种效应的原因。这种分子也存在于脊椎动物的视杆和视锥细胞中。早期的研究表明蠕虫的眼睛依赖于不同类别的视蛋白，因此脊椎动物型 c-视蛋白的存在是一个意外的发现。Milivojev 及其同事确定，这种分子出现在蠕虫光感受器细胞的早期前体中，表明它作为一个分子开关，将光照与干细胞活动联系起来。这些结果表明，视觉系统不仅能探测光，还能根据光调整自身的发育。
演化关联与新问题
这些发现填补了长期以来在理解脊椎动物和无脊椎动物眼睛如何持续生长和维持自身方面的空白。证明 Platynereis 的眼睛依赖于一个神经干细胞环，使研究人员更接近揭示指导感觉器官演化的普遍原理。这些结果也提出了几个新问题。身体中的其他干细胞群是否会对环境光作出反应？人工光照可能会如何干扰这些自然生物过程？研究人员希望未来探索蠕虫干细胞系统的研究能有助于回答这些问题，为神经系统如何适应和自我修复提供新的见解。资深作者 Kristin Tessmar-Raible（维也纳大学、阿尔弗雷德·魏格纳研究所、奥尔登堡大学）强调："进行基础研究以揭示意想不到的事物，对于理解生命的生物学复杂性以及人为影响的可能后果至关重要。"
总结
- 来自维也纳大学和阿尔弗雷德·魏格纳研究所的研究人员研究了成体海洋 bristleworms（刚毛虫），这是一种宝贵的模型，用于揭示眼睛和大脑如何发育，以及光如何影响视觉之外的生物学过程。
- 研究团队发现 Platynereis dumerilii（杜氏阔沙蚕）的眼睛在其整个生命周期中持续生长。这种持续生长由一个神经干细胞环驱动，类似于某些在成年后眼睛继续扩大的脊椎动物中所见的生长区。
- 他们的工作有助于解决一个长期存在的问题：无脊椎动物和脊椎动物的相机型眼睛如何生长和维持自身。研究结果表明，即使在非常不同的演化路径上，许多动物也依赖共享的细胞策略来实现生长和可塑性。
- 通过证明 Platynereis（沙蚕属）的眼睛依赖于这个干细胞环，该研究使科学家们更接近于确定塑造感觉器官演化的普遍规则。