海洋Annelids的视觉系统提供了深入了解眼睛的演变

时间：2021-06-05 12:52:14 来源：

起初，刷毛蠕虫幼虫仅在身体的两侧只有近在的感光体细胞，称为眼镜。后来，成人动物的视觉器官的前体在幼虫头顶上形成。

Max Planck Institute的科学家重建了海洋环内的视觉系统的第一张神经元图，探视了眼睛的演变。

海洋刺血管蠕虫的幼虫普罗伊尼斯杜米利丽使用光线定向。在他们的发展早期，这些幼虫向光线游到了散发的表面电流。较大的幼虫从光线转身，游到海底，在那里他们开发成成人蠕虫。Max Planck Inturbenen的Max Planck发展研究所的科学家们发现，对光线的行为响应的这种变化耦合到眼睛下方的不同神经元系统。科学家们已经重建了视觉系统的第一神经元图，从光刺激的输入到行为反应 - 游泳幼虫的定向转动。使用这种神经元图，生物学家可以瞥见视觉的演变。

光涛，朝向或远离光源的运动，是海洋无脊椎动物幼虫的广泛。在他们的发展期间，许多幼虫从正（朝向光的运动）切换到负光刻。只有在普拉替氏菌Dumerilii的早期幼虫阶段描述了迄今为止的光辐射机制。后来在他们的发展中，幼虫发展了额外的眼睛。随着这些新眼睛有能力在正极和负光辐射之间切换。“而不是朝光游泳，幼虫经常展示负面的光辐射并远离光线游泳”，GáspárJékely，研究组“海洋浮游动物神经生物学”负责人表示。

在他们生命的前两天，刺耳蠕虫的后代在地球上有最简单的眼睛：在微小头的每一侧是单个光感受器单元，以及一个阴影颜料细胞。2008年，Jékely及其来自海德堡的欧洲分子生物学实验室（EMBL）的同事发现，这种感光电池直接连接到幼虫驾驶发动机，纤毛的乐队，直接位于头部下方的套环。当光线击中光感受器细胞时，幼虫推动螺旋，总是朝向刺激的源头。

但是，经过3天的发展，这些简单的幼虫眼睛不再介导光电。在这个阶段，头部的上侧出现两对更复杂的眼睛 - 成人眼的前体。这些新眼睛由几种感光细胞，颜料杯和甚至是简单透镜组成。此外，简单的神经元网络开发该过程并转换光刺激。

神经元图：3天旧刷毛蠕虫的视觉系统由71个神经元组成，这些神经元由1000多个突触连接。

Jékely的团队中的科学家使用电子显微镜更详细地研究了这种神经元网络。在3天大幼虫的视觉神经元网络的详细地图中，它们鉴定了由1000多个神经元连接，所谓的突触连接的71个神经元。科学家发现光信号仍然传递给纤毛，但现在它也达到了幼虫身体肌肉组织。此外，来自两个体侧的眼睛也在神经元水平处连接。

“我们可以展示行为实验，即光刺激激活身体肌肉成分，使得这项研究的第一个作者Nadine Randel表示，它导致幼虫转向光线”。在实验期间，3天大的幼虫在透明容器中游泳，仅从一侧照亮。结果，幼虫在远离光线的曲线中弯曲它们的身体并游泳。科学家们还药理学封锁了光感受器细胞和肌肉组织之间的神经元通信。虽然这些处理的动物仍然可以正常游泳，但它们不再对光源反应。

空间分辨率需要主体两侧的眼睛之间的神经元连接。另外，科学家们可以识别某些神经元，该神经元从幼虫的相对侧阻断光感受器池的信号。“这增强了光线和黑暗之间的对比并改善了光涛”，朗克尔解释说。

从Tübingen的发育生物学家首次描述了从刺激到行为输出的简单视觉系统的完整神经元网络。他们还进一步探讨了眼睛的进化。在早期的幼虫中介导光刻的简单眼睛由与查尔斯达尔文的两个细胞相对应的“原眼”，所有现有眼睛的前兆。在3天大的幼虫中出现的四只眼睛代表了这种原理的先进形式。“就好像我们可以在一只动物中观察眼睛进化的几个步骤”.Jékely说。“我们认为第一个眼睛可能演变为执行光涛 - 以后，眼睛进化可能识别物体”。

可能，进化中的第一个简单的眼睛可以仅区分从暗场的明亮。这种眼睛可能仍然代表更复杂的视觉系统的进化的起点，例如人眼。

出版物：Nadine Randel等，“视觉导航的感觉电动机电路的神经元连接”，“2014年Elife; DOI：10.7554 / Elife.02730

图片：Max Planck发展生物学研究所

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