過去的 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胞與喉嚨和下頭的肌肉細胞來自同一個細胞池，兩者的關(guān)鍵部件的來源是有同一處。
心頭連接的開端—— 海鞘?
實際上，胚胎的頭心連接早于脊椎動物的進化起源，甚至可能早于頭本身。研究人員在研究海鞘時偶然發(fā)現(xiàn)了這種聯(lián)系，這種海鞘是一種水滴狀、久坐不動的海洋生物，被發(fā)現(xiàn)附著在海底，它們有兩個開口——一個用于吸水，另一個用于將水噴出——因此得名。海鞘屬于一組無脊椎動物，稱為被囊動物，盡管它們有許多差異，但它們是脊椎動物的近親。被囊動物沒有真正的頭部，但頭部和心臟之間的進化聯(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)了一組細胞，這些細胞分裂和分化形成心臟和肌肉，其結(jié)構(gòu)類似于脊椎動物喉嚨的一部分。這表明，數(shù)億年前，在這兩個譜系彼此分離之前，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，以及它是否出現(xiàn)在一種類似于海鞘的不動、無頭的動物身上，或者是一種在游泳時面向前方、頭部隨著它的進化而進化的動物。
被囊動物是脊椎動物的祖先？
在脊椎動物中，心臟是一個獨特的、分層的器官，具有節(jié)奏的流入和流出部分。
2006年的時候，基于對數(shù)十種脊索動物的遺傳分析，發(fā)現(xiàn)與脊椎動物關(guān)系最密切的是被囊動物，這有點讓人震驚，因為海鞘看起來像是一大團口香糖。但不可否認，海鞘的心臟的確具有一定的相似性，并且很復(fù)雜。在被囊動物不起眼的外表之下，是一個分層的 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的、絞擰的方式收縮器官，使液體保持朝著一個方向流動，同時心臟也可以逆轉(zhuǎn)流動的方向。
2000年代初期，戴維森對海鞘胚胎進行了基因操作，使表達Mesp基因（與脊椎動物心臟形成的基因） 的細胞在熒光燈下發(fā)出綠光。當(dāng)他在顯微鏡下觀察胚胎時，一團大約 16 個將在發(fā)育后期形成心臟的細胞亮了起來。
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，他在顯微鏡下觀察胚胎后離開了校園。當(dāng)他晚上再次觀察的時候，發(fā)現(xiàn)一些發(fā)光的綠色細胞已經(jīng)遷移到胚胎的另一側(cè)，它們在動物發(fā)育中的咽部附近形成了一個環(huán)。在成年海鞘中，咽部充滿水，將浮游生物過濾到消化系統(tǒng)，然后釋放其余部分噴出。在脊椎動物中，咽是喉嚨的一部分。魚用它們的嘴來處理從張開的嘴里吞下的水。接著，克里斯蒂安與他的同事一起進行了第二次實驗。這一次，他們制造了表達脊椎動物下頜形成相關(guān)基因的細胞——Islet and Tbx1/10——在被囊類胚胎中發(fā)出綠光。果然，這些細胞來自于創(chuàng)造心臟的同一個細胞池。
2010 年的一份報告中，該團隊創(chuàng)造了“心咽”一詞來描述形成被囊動物心臟和咽部的胚胎細胞，他們認為這些細胞可能存在于被囊動物和脊椎動物的共同祖先中。此外，他們表明這些特殊細胞將有助于脊椎動物的循環(huán)、呼吸和攝食系統(tǒng)的共同進化，心咽細胞在下頜出現(xiàn)之前。
游動的被囊動物
還有一種被囊動物，一小群名為 larvaceans 的動物——因為它們表面上看起來像游泳的幼蟲——它們一生都在移動。不到幾厘米長的幼蟲在海洋中摸索著擺動它們的尾巴。這種運動會產(chǎn)生一股水流，流過它們在身體周圍生成的氣泡狀“房子”，從而過濾掉浮游生物。
對于一些研究人員來說，幼蟲的存在似乎表明有一種旅行的被囊動物祖先。研究者將數(shù)百只幼蟲被關(guān)在一個裝有循環(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物和脊椎動物心臟發(fā)育的基因。但實驗并不順利，他們最終得出結(jié)論幼蟲中大多數(shù)心臟基因根本不存在。
盡管Mesp 和其他已知基因丟失了，但幼蟲設(shè)法恢復(fù)了一些有助于形成有機體簡單心臟的基因，該心臟僅包含八個肌肉細胞，它們有節(jié)奏地收縮以泵送身體周圍的液體。隨著進化時間的推移，幼蟲在基因丟失中幸存下來，尋找其他方法來構(gòu)建允許它們移動、進食和繁殖的身體部位，也許基因損失可以是適應(yīng)性的。
未來的研究
盡管進行了幼蟲研究，但有研究者仍不相信被囊動物最初是不動的，并列舉了幼蟲與柳葉蟲共有的特征，表明它們與早期的存在狀態(tài)保持著聯(lián)系。
在接下來的幾年里，研究人員將繼續(xù)揭示脊椎動物及其近親如何發(fā)育的細節(jié)，一個細胞，一個基因，他們將了解數(shù)億年來發(fā)生了哪些基因組發(fā)生了變化，而這些變化都發(fā)生在一顆跳動的心臟的砰砰聲中。
參考文獻：
1.An ancient link between heart and head — as seen in the blobby, headless sea squirt
