過(guò)去的 15 年中，科學(xué)家們探索了心臟和大腦之間的發(fā)展聯(lián)系,。例如，在 2010 年,，研究人員發(fā)現(xiàn),，小鼠胚胎中分裂和分化形成心臟的細(xì)胞與喉嚨和下頭的肌肉細(xì)胞來(lái)自同一個(gè)細(xì)胞池,，兩者的關(guān)鍵部件的來(lái)源是有同一處。

 心頭連接的開(kāi)端—— 海鞘?

實(shí)際上,，胚胎的頭心連接早于脊椎動(dòng)物的進(jìn)化起源,，甚至可能早于頭本身。研究人員在研究海鞘時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了這種聯(lián)系，這種海鞘是一種水滴狀,、久坐不動(dòng)的海洋生物,，被發(fā)現(xiàn)附著在海底,，它們有兩個(gè)開(kāi)口——一個(gè)用于吸水，另一個(gè)用于將水噴出——因此得名。海鞘屬于一組無(wú)脊椎動(dòng)物,，稱為被囊動(dòng)物，盡管它們有許多差異,，但它們是脊椎動(dòng)物的近親,。被囊動(dòng)物沒(méi)有真正的頭部，但頭部和心臟之間的進(jìn)化聯(lián)系在它們身上卻很牢固,。

研究人員在海鞘胚胎中發(fā)現(xiàn)了一組細(xì)胞，這些細(xì)胞分裂和分化形成心臟和肌肉,，其結(jié)構(gòu)類似于脊椎動(dòng)物喉嚨的一部分。這表明,，數(shù)億年前,，在這兩個(gè)譜系彼此分離之前，就產(chǎn)生了一種頭心聯(lián)系,。現(xiàn)在，研究人員正試圖確定這種聯(lián)系可以追溯到多遠(yuǎn),，以及它是否出現(xiàn)在一種類似于海鞘的不動(dòng),、無(wú)頭的動(dòng)物身上，或者是一種在游泳時(shí)面向前方,、頭部隨著它的進(jìn)化而進(jìn)化的動(dòng)物,。

被囊動(dòng)物是脊椎動(dòng)物的祖先,？

在脊椎動(dòng)物中，心臟是一個(gè)獨(dú)特的,、分層的器官,，具有節(jié)奏的流入和流出部分,。

2006年的時(shí)候,，基于對(duì)數(shù)十種脊索動(dòng)物的遺傳分析,，發(fā)現(xiàn)與脊椎動(dòng)物關(guān)系最密切的是被囊動(dòng)物,，這有點(diǎn)讓人震驚,，因?yàn)楹Ｇ士雌饋?lái)像是一大團(tuán)口香糖,。但不可否認(rèn)，海鞘的心臟的確具有一定的相似性,，并且很復(fù)雜,。在被囊動(dòng)物不起眼的外表之下,，是一個(gè)分層的 V 形心臟,，周圍環(huán)繞著螺旋形的肌肉纖維，這些肌肉纖維以一種漸進(jìn)的,、絞擰的方式收縮器官,，使液體保持朝著一個(gè)方向流動(dòng)，同時(shí)心臟也可以逆轉(zhuǎn)流動(dòng)的方向,。

2000年代初期,，戴維森對(duì)海鞘胚胎進(jìn)行了基因操作，使表達(dá)Mesp基因（與脊椎動(dòng)物心臟形成的基因） 的細(xì)胞在熒光燈下發(fā)出綠光,。當(dāng)他在顯微鏡下觀察胚胎時(shí),，一團(tuán)大約 16 個(gè)將在發(fā)育后期形成心臟的細(xì)胞亮了起來(lái)。

2005 年的一天早上,，研究員克里斯蒂安試圖重復(fù)戴維森的試驗(yàn)，他在顯微鏡下觀察胚胎后離開(kāi)了校園,。當(dāng)他晚上再次觀察的時(shí)候,，發(fā)現(xiàn)一些發(fā)光的綠色細(xì)胞已經(jīng)遷移到胚胎的另一側(cè)，它們?cè)趧?dòng)物發(fā)育中的咽部附近形成了一個(gè)環(huán),。在成年海鞘中,，咽部充滿水，將浮游生物過(guò)濾到消化系統(tǒng),，然后釋放其余部分噴出。在脊椎動(dòng)物中,，咽是喉嚨的一部分。魚(yú)用它們的嘴來(lái)處理從張開(kāi)的嘴里吞下的水,。接著,，克里斯蒂安與他的同事一起進(jìn)行了第二次實(shí)驗(yàn)。這一次,，他們制造了表達(dá)脊椎動(dòng)物下頜形成相關(guān)基因的細(xì)胞——Islet and Tbx1/10——在被囊類胚胎中發(fā)出綠光,。果然，這些細(xì)胞來(lái)自于創(chuàng)造心臟的同一個(gè)細(xì)胞池,。

2010 年的一份報(bào)告中,，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了“心咽”一詞來(lái)描述形成被囊動(dòng)物心臟和咽部的胚胎細(xì)胞,，他們認(rèn)為這些細(xì)胞可能存在于被囊動(dòng)物和脊椎動(dòng)物的共同祖先中。此外,，他們表明這些特殊細(xì)胞將有助于脊椎動(dòng)物的循環(huán),、呼吸和攝食系統(tǒng)的共同進(jìn)化，心咽細(xì)胞在下頜出現(xiàn)之前,。

 游動(dòng)的被囊動(dòng)物

還有一種被囊動(dòng)物,，一小群名為 larvaceans 的動(dòng)物——因?yàn)樗鼈儽砻嫔峡雌饋?lái)像游泳的幼蟲(chóng)——它們一生都在移動(dòng)。不到幾厘米長(zhǎng)的幼蟲(chóng)在海洋中摸索著擺動(dòng)它們的尾巴,。這種運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一股水流,，流過(guò)它們?cè)谏眢w周圍生成的氣泡狀“房子”，從而過(guò)濾掉浮游生物,。

對(duì)于一些研究人員來(lái)說(shuō),，幼蟲(chóng)的存在似乎表明有一種旅行的被囊動(dòng)物祖先。研究者將數(shù)百只幼蟲(chóng)被關(guān)在一個(gè)裝有循環(huán)鹽水的玻璃罐中,，研究它們的心臟發(fā)育,，尋找 Mesp 和其他已知的控制被囊動(dòng)物和脊椎動(dòng)物心臟發(fā)育的基因。但實(shí)驗(yàn)并不順利,，他們最終得出結(jié)論幼蟲(chóng)中大多數(shù)心臟基因根本不存在。

盡管Mesp 和其他已知基因丟失了,，但幼蟲(chóng)設(shè)法恢復(fù)了一些有助于形成有機(jī)體簡(jiǎn)單心臟的基因，該心臟僅包含八個(gè)肌肉細(xì)胞,，它們有節(jié)奏地收縮以泵送身體周圍的液體,。隨著進(jìn)化時(shí)間的推移，幼蟲(chóng)在基因丟失中幸存下來(lái),，尋找其他方法來(lái)構(gòu)建允許它們移動(dòng),、進(jìn)食和繁殖的身體部位,，也許基因損失可以是適應(yīng)性的。

 未來(lái)的研究

盡管進(jìn)行了幼蟲(chóng)研究,，但有研究者仍不相信被囊動(dòng)物最初是不動(dòng)的,，并列舉了幼蟲(chóng)與柳葉蟲(chóng)共有的特征，表明它們與早期的存在狀態(tài)保持著聯(lián)系,。

在接下來(lái)的幾年里,，研究人員將繼續(xù)揭示脊椎動(dòng)物及其近親如何發(fā)育的細(xì)節(jié)，一個(gè)細(xì)胞，一個(gè)基因,，他們將了解數(shù)億年來(lái)發(fā)生了哪些基因組發(fā)生了變化,，而這些變化都發(fā)生在一顆跳動(dòng)的心臟的砰砰聲中。

參考文獻(xiàn)：

1.An ancient link between heart and head — as seen in the blobby, headless sea squirt