http://phys.org/news/2015-02-complex-nerve-cell-common-ancestor-humans.html
By Sam Sholtis
February 16, 2015
新研究證明在我們腦中促成神經細胞間電氣通訊的爆發性基因演化創新，發生在 6 億年前，人類與海葵的共同祖先身上。
這項由 Timothy Jegla（賓州大生物學助理教授）領導的研究證明，這些基因（當其在人類身上發生突變時會導致神經性疾病）之中有許是首度從人們與一群稱為刺胞動物門（cnidarians，包括水母、珊瑚與海葵）動物的共同祖先中演化而成。
一份描述這項研究的論文預計在 2015.02.16 發表到 PNAS 線上的 Early Edition (EE) 。
"我們的研究小組很早就發現，在我們的神經元中絕大多數的主要發訊系統（major signaling systems）都十分古老的證據，但我們一直都不清楚這些首度出現的時間為何，" Jegla 表示。"我們總是假設，我們能將絕大多數的發訊系統追溯至最早期的神經系統，不過，在這篇論文中我們證明，事情並非如此。" 目前看起來這些主要發訊系統首度在人類與水母及海葵的共同祖先身上出現。
神經細胞中的電脈衝是由一種稱為離子的帶電分子，透過高度特化的離子通道蛋白（ion-channel proteins，那在細胞膜上開啟）進出細胞所產生。
這項新研究聚焦在鉀離子通道蛋白的基因編碼的演化上。鉀離子通道允許鉀離子流進流出神經細胞、停止細胞的電脈衝。 "這些通道對於決定一個神經細胞如何發出電氣訊號至關緊要，" Jegla。 "很顯然，像海葵與水母那樣的動物也使用相同的通道，而那基本上以相同的方式形塑（shape）進入我們腦部的電訊號。"
"人類與海葵從演化上來說，大約在 6 億年前開始分道揚鑣，" Jegla，"所以我們明白，用來在我們神經元中產生脈衝的機制，必定有這麼古早。" 該團隊試圖在演化時間中更進一步將這些通道追溯至非常原始的神經系統。"最近在演化生物學的發現中有一個令人振奮的發現是神經系統也許比海葵與人類的祖先還要更古老，" Jegla 表示。最近的櫛水母（comb jellies，那亦有神經系統）基因組定序證明，牠們是一群比海葵更加古老的動物，甚至是那類動物中至今仍存活在地球上的最古類型。"當我們觀察櫛水母時我們發現鉀離子通道非常不一樣 -- 在人身上所發現的絕大多數通道類型都沒有出現，" Jegla。"我們只能追蹤一種人類鉀離子通道，而那全都可追溯至櫛水母，不過我們在海葵中幾乎能找到所有的類型。"
影響所及是，許多在我們的神經元中用來控制電脈衝的機制都沒有出現在最早時期的神經系統中。該團隊的確在櫛水母身上發現許多不同的鉀離子通道，不過那些都是櫛水母譜系自我們的祖先分離後獨立演化而成。"我們並不清楚活櫛水母中的電氣發訊有多麼複雜，不過在我們的共同祖先身上，則很可能不會如此複雜，" Jegla 說。該團隊現在對於理解是什麼在我們與海葵的共同祖先中驅使離子通道的爆發性創新感到有興趣。
"我們仍不了解為何我們的離子通道在那時候演化，不過神經細胞產生電電氣訊號的能力，必定是一種革命性的改變，" Jegla 說。"我們目前最喜愛的假說是："神經元定向發訊（directional signaling）的能力很可能在這時就演化出來。" 在人類神經系統中絕大多數的神經細胞都有極性結構（polar structure），輸入與輸出分屬不同區域。這允許神經細胞具有定向資訊流動以及高度複雜的迴路，不過這需要差異性極大的離子通道在電氣訊號通過極性神經細胞時來形塑它們。"如果我們的假說最後證明是正確的，我們也許能夠藉由研究海葵在「神經細胞與迴路如何演化」上取得某些重要的洞見，" Jegla。"關於「我們如何建立有極性的神經元」，這裡仍有許多東西有待發掘，而我們能利用演化來指出真正重要的機制，那在整個動物史中被保留下來。"
※ 相關報導：
＊ Major diversification of voltage-gated K+ channels occurred in ancestral parahoxozoans
http://www.pnas.org/content/early/2015/02/09/1422941112
Xiaofan Li, Hansi Liu, Jose Chu Luo, Sarah A. Rhodes,＊ 魚或許真的會痛且反應十分類似人類
Liana M. Trigg, Damian B. van Rossum, Andriy Anishkin,
Fortunay H. Diatta, Jessica K. Sassic, David K. Simmons,
Bishoy Kamel, Monica Medina, Mark Q. Martindale, and
Timothy Jegla.
PNAS February 17, 2015
Published online before print February 17, 2015,
doi: 10.1073/pnas.1422941112
＊ 研究：質子作用如同線蟲的神經傳導素
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