3D图谱揭示5亿年来脊椎动物大脑演化谜题

从中国科学院昆明动物研究所传来一个让人兴奋的消息——宿兵团队联合华大生命科学研究院和辽宁师范大学，刚刚在《科学》杂志以封面文章的形式，发布了首个雷氏七鳃鳗全脑三维空间单细胞分子图谱。这项成果直接指向一个老大难问题：脊椎动物大脑的远古祖先长什么样？答案就藏在这套图谱里。

为什么是七鳃鳗？这种现存的无颌类脊椎动物，堪称“活化石”——大约4.5亿年前就和人类所属的有颌类祖先分道扬镳，而身体关键特征3.6亿年没怎么变过。用它来追溯原始脑的演化，再合适不过。研究团队结合空间转录组与单细胞核测序技术，解析了超过46万个脑细胞，划分出14个核心脑区，并精准识别出209类空间位置和基因表达完全区分的细胞群——全球首个无颌类全脑三维分子图谱就此诞生。

更精彩的发现来自跨物种比较。研究人员将七鳃鳗的脑图谱与小鼠进行对比，结果令人惊叹：尽管两者相隔数亿年，多个脑区的功能和基因表达却高度相似。这意味着，脊椎动物的共同祖先早已拥有分区清晰、分子调控复杂的完整大脑框架——大脑的基础布局在5亿年前就已基本定型。另一方面，各个演化分支也独立发展出了特有的脑细胞，表明共同祖先可能已经具备了高度区域化且分子组成复杂的脑结构。

研究中还发现一个有趣的角色——AEN“兼职神经元”。这种细胞可能兼具兴奋和抑制功能，在早期脊椎动物中占据了较高比例。此外，在七鳃鳗的后脑，研究团队找到了与鱼类小脑神经元分子同源的细胞集群，证实无颌类已经存在弥散分布、无分层的小脑雏形。这为后续有颌类动物层状、精细化小脑结构的演化铺平了道路。

整个研究不仅重建了脊椎动物复杂脑的祖先蓝图，也为理解脑起源与多样化演化提供了全新的细胞学和分子演化框架。目前，这套三维图谱的相关数据已面向全球科研人员开放，为前沿的脑演化和神经发育研究提供重要参考。

（受访者供图）