海星的整个身体就是一个头

当观察海星或海星时，很难确定其五尖形身体的哪个部分是头部。这个问题困扰了生物学家数十年，但一些新研究表明，海星的整个身体都可以像头部一样发挥作用。这项发现发表在 11 月 1 日《自然》杂志上的一项研究中，可能已经解开了海星和其他棘皮动物如何进化出独特形状身体的谜团。

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寻找头部和躯干

海星是无脊椎动物，属于棘皮动物群。棘皮动物群还包括海胆和沙钱，它们的身体都呈五等分对称。棘皮动物在进化早期有一个双侧设计的祖先，两侧对称，更像人类。

“自从我们开始研究棘皮动物以来，棘皮动物的不同身体部位与我们在其他动物群体中看到的身体部位之间的关系一直是科学家的谜团，”这项研究的合著者、英国南安普顿大学的进化生物学家杰夫·汤普森在一份声明中说。“在它们的双侧近亲中，身体分为头部、躯干和尾部。但仅仅观察海星，不可能看出这些部分与双侧动物身体之间的关系。”

在这项新研究中，一个国际科学家团队将海星的分子标记与更广泛的动物群体——后口动物进行了比较。后口动物群体包括海星等棘皮动物和包括脊椎动物在内的双侧动物。后口动物都有共同的祖先，因此比较它们的发育可以提供线索，了解棘皮动物如何进化出更独特的五尖形身体结构。

他们使用多种高科技分子和基因组技术来观察海星发育和生长过程中不同基因的表达情况。微型 CT 扫描还使团队能够更详细地了解动物的形状和结构。

海星测绘

来自斯坦福大学、加州大学伯克利分校和太平洋生物科学公司的团队成员利用 RNA 断层扫描和原位杂交技术，绘制了海星基因表达的三维图谱，以了解特定基因在发育过程中的表达位置。他们特别绘制了控制海星外胚层（包括神经系统和皮肤）生长的基因表达图谱。

他们发现，与头部发育相关的基因特征几乎遍布幼年海星的各个部位。编码动物躯干和尾部部分的基因表达也基本缺失。

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“当我们将海星的基因表达与其他动物群体（如脊椎动物）进行比较时，似乎缺少了身体结构的一个关键部分，”汤普森说。“通常与动物躯干图案有关的基因并没有在外胚层中表达。看来整个棘皮动物的身体结构大致相当于其他动物群体的头部。”

通常与动物头部最前部相关的分子特征也位于海星五条臂的中间。

“这只海星就好像完全失去了鼻子，最贴切的描述就是它只是一个沿着海底爬行的头部，”研究报告的合著者、斯坦福大学进化生物学家 Laurent Formery 在一份声明中说道。“这与科学家们对这些动物的假设完全不同。”

海星和其他棘皮动物可能通过失去其双侧祖先曾经拥有的躯干区域而进化出五节身体结构。这种偶然性可能使它们能够以不同于拥有两个对称手臂的动物的方式四处移动和进食。

“我们的研究告诉我们，棘皮动物的身体结构进化得比以前想象的要复杂得多，关于这些有趣的生物，我们还有很多东西需要了解，”汤普森说。“作为一个在过去十年里研究棘皮动物的人，这些发现彻底改变了我对这类动物的看法。”

这项研究得到了利华休姆信托基金、美国国家航空航天局、美国国家科学基金会和陈扎克伯格生物中心的支持。