亞利桑那大學(xué)的尼克斯特魯斯菲爾德和現(xiàn)在華盛頓大學(xué)的加布里埃拉沃爾夫領(lǐng)導(dǎo)的研究人員密切關(guān)注珊瑚礁頂級節(jié)肢動物捕食者的螳螂蝦的神經(jīng)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)腦結(jié)構(gòu) - 根據(jù)教科書的智慧 - 不應(yīng)該在那里。

被稱為蘑菇體的這些結(jié)構(gòu)在形成記憶和學(xué)習(xí)中起著關(guān)鍵作用，現(xiàn)在只在昆蟲中發(fā)現(xiàn)。研究結(jié)果似乎質(zhì)疑最常見的情景，即追蹤大腦結(jié)構(gòu)在節(jié)肢動物中的演變過程。

由于已經(jīng)普遍認(rèn)為昆蟲是從甲殼類動物進化而來的，而蘑菇體是昆蟲所獨有的(或者看起來似乎如此)，大多數(shù)生物學(xué)家都認(rèn)為這些獨特的大腦結(jié)構(gòu)是在昆蟲譜系從甲殼類動物譜系分裂后進化而來的。

這項研究的意義發(fā)表在開放獲取期刊eLife上，指出了兩種可能的情景之一，兩者同樣可能引起科學(xué)界的關(guān)注。根據(jù)UA神經(jīng)科學(xué)系的Regents教授和該論文的資深作者Strausfeld的說法，一種解釋表明蘑菇體比科學(xué)家認(rèn)識的更為古老，并且除了螳螂蝦(一種稱為stomatopods的螳螂蝦)幾乎在所有甲殼類動物中都丟失了。這是甲殼類動物的姐妹群，如蝦，龍蝦和螃蟹。在另一種情況下，蘑菇體通過稱為趨同進化的過程獨立地在口足動物中進化并且類似于它們在昆蟲中的對應(yīng)物。

節(jié)肢動物包括超過400萬種，是最大和最多樣化的動物群，包括甲殼類動物，昆蟲和蜘蛛。所有的節(jié)肢動物都被認(rèn)為是從一個共同的祖先下降，很可能是一個超過5.5億年前居住在海底的生物。節(jié)肢動物家族樹在那個早期的確切分枝仍然是模糊的，這是一個粗略的畫面，隱藏在化石記錄的深層時間和空隙中。

通過觀察螳螂蝦腦中的細胞和神經(jīng)連接，該研究的作者表明，在甲殼類動物中，只有螳螂蝦擁有真正的蘑菇體。然而，有趣的是，他們還在螳螂蝦的近親身上發(fā)現(xiàn)了這些標(biāo)志性結(jié)構(gòu)的一些特征：清潔蝦，手槍蝦和土地寄居蟹。

作者認(rèn)為，這可能不是巧合，他們認(rèn)為，在甲殼類動物中，螳螂蝦及其親屬是唯一一個依賴于確切位置記憶的已知群體。因此，正是這些分類群保留了蘑菇體可能并不是巧合，因為“一個提出的大型蘑菇體進化的驅(qū)動因素需要回憶起獲取食物的地方的確切位置和性質(zhì)”，作者寫道。

“在昆蟲中，蘑菇體是學(xué)習(xí)和記憶所必需的，”斯特勞斯菲爾德說。“我們早些時候表明，在蟑螂中它們是記憶地方所必需的。大多數(shù)昆蟲都是如此。在甲殼類動物中找到這種結(jié)構(gòu)真的令人興奮，因為它表明它可能是在深層時間出現(xiàn)的：一個古老的中心，保留超過5億年，執(zhí)行這項功能。“

使用一種稱為免疫組織化學(xué)的技術(shù)，Wolff和Strausfeld首先制備了非常薄的螳螂蝦腦組織切片，并應(yīng)用了特異性檢測已知在學(xué)習(xí)和記憶中起重要作用的某些蛋白質(zhì)的抗體。由于這些抗體與熒光標(biāo)記物偶聯(lián)，研究人員可以追蹤這些蛋白質(zhì)的確切位置，因為它們勾勒出神經(jīng)系統(tǒng)的解剖結(jié)構(gòu)。

“當(dāng)我們在顯微鏡下研究為學(xué)習(xí)和記憶蛋白質(zhì)染色的切片時，典型的蘑菇體葉片代表昆蟲蘑菇體非常密集地照亮，”斯特勞斯菲爾德說。

該團隊確信其確定的結(jié)構(gòu)確實是蘑菇體。雖然過去只有三個神經(jīng)解剖學(xué)特征被常規(guī)用于識別昆蟲大腦中的這些標(biāo)志性結(jié)構(gòu)，但團隊將這一系列角色擴展到了14個，并且根據(jù)斯特勞斯菲爾德的說法，“令我們高興，就像昆蟲一樣，螳螂蝦揭示了每一個他們。”

該研究的作者承認(rèn)，雖然有趣，但他們的研究結(jié)果并沒有確切地說明蘑菇體是如何以及何時進化的。這種令人驚嘆的復(fù)雜性的相同中心已經(jīng)在口足動物和昆蟲中進化，這種假設(shè)與在所有節(jié)肢動物的進化中早期進化的蘑菇體的替代品一樣令人著迷。施特勞斯菲爾德和他的合著者并不認(rèn)為一個人比另一個人更有可能。