海葵似乎是一种不朽的动物，它们似乎对衰老和人类随着时间推移所经历的负面影响具有天然的免疫力。然而，它们永葆青春的确切原因并不完全清楚。海葵Nematostella vectensis的遗传指纹显示，这个令人难以置信的古老动物门的成员采用了与更复杂的生物体相同的基因级联进行神经细胞分化。这些基因还负责在海葵的一生中维持生物体内所有细胞的平衡。
这些发现最近由维也纳大学的Ulrich Technau领导的一组发育生物学家发表在《细胞报告》杂志上。
几乎所有的动物有机体都是由数以百万计，甚至数十亿计的细胞组成，它们以错综复杂的方式结合在一起，形成特定的组织和器官，这些组织和器官由一系列的细胞类型组成，如各种神经元和腺体细胞。然而，目前还不清楚这种不同细胞类型的关键平衡是如何出现的，它是如何被调节的，以及不同动物生物体的不同细胞类型是否有一个共同的起源。
海葵的光学纵切面，两层细胞中都有nanos1转基因的神经细胞（红色）。肌肉被染色为绿色，细胞核为蓝色。资料来源：Andreas Denner
单细胞指纹指向共同的祖先
由进化发育生物学家Ulrich Technau领导的研究小组，同时也是维也纳大学干细胞单细胞调控（SinCeReSt）研究平台的负责人，已经破译了海葵Nematostella vectensis中所有神经和腺体细胞类型的多样性和进化以及它们的发育起源。
为了实现这一目标，他们使用了单细胞转录组学，这种方法在过去十年中彻底改变了生物医学和进化生物学。
“有了这个方法，整个生物体可以被分解成单细胞–而且每个单细胞中目前表达的所有基因都可以被解密。不同的细胞类型在其表达的基因上有根本的不同。因此，单细胞转录组学可以用来确定每个细胞的分子指纹，”当前出版物的第一作者Julia Steger解释说。
在该研究中，具有重叠指纹的细胞被分组。这使科学家们能够区分出确定的细胞类型或处于发展过渡阶段的细胞，每个细胞都有独特的表达组合。它还使研究人员能够确定不同组织的共同祖细胞和干细胞群。
令他们惊讶的是，他们发现与先前的假设相反，神经元、腺细胞和其他感觉细胞起源于一个共同的祖细胞群，这可以通过活体动物的基因标记来验证。由于一些具有神经元功能的腺细胞在脊椎动物中也是已知的，这可能表明腺细胞和神经元之间有着非常古老的进化关系。
不断使用的古老基因
有一个基因在这些共同的祖先细胞的发展过程中起着特殊的作用。SoxC在神经元、腺细胞和网状细胞的所有前体细胞中表达，对所有这些细胞类型的形成至关重要，正如作者在敲除实验中额外能够显示的那样。
“有趣的是，这个基因并不陌生：它在人类和许多其他动物的神经系统形成过程中也发挥着重要作用，这与其他数据一起表明，这些神经细胞分化的关键调控机制似乎在整个动物界是保守的，”Technau说。
通过比较不同的生命阶段，作者还发现，在海葵中，神经元发育的遗传过程从胚胎到成年生物体都保持不变，因此有助于海葵一生中神经元的平衡。
这是很了不起的，因为与人类不同，海葵可以在其整个生命中替换缺失或损坏的神经元。对于未来的研究，这提出了一个问题：海葵如何设法将这些机制–在更复杂的生物体中只发生在胚胎阶段–以可控的方式维持到成年生物体。
