Science Daily — 來自加州大學聖塔芭芭拉分校（University of California, Santa Barbara）的科學家在研究海綿基因組時，發現了神經系統發展起源與進化過程的重大線索，這些集團中的成員被認為是世界上最古老的動物之一。
圖1. Tropical demosponge Reniera. (Credit: Image courtesy of University of California - Santa Barbara)
這項發現已經發表於六月六日所發行的 PLoS ONE 期刊當中，這是一個公共科學圖書館期刊。
「海綿其實是缺乏神經系統的，但確有著能形成神經突觸的多數基因組，」Todd Oakley 這樣說到，他是 UC Santa Barbara 演化與海洋生物學，生態學系的助理教授。
「令人更訝異的是，這些海綿的蛋白質擁有一種 “簽署（signatures）” 的辨識能力，使牠們能如同人類或小鼠的神經突觸中所含有的蛋白質一樣進行類似的交互作用。」Oakley 說到。「這對於回推神經系統基因組成的來源時間更往前推進了許多 － 也就是說海綿比許多科學家先前所認為具有神經系統的動物推斷還要更早。」
圖2. Origination periods of post-synaptic genes.（圖片來源：http://www.plosone.org/article/fetchArticle.action?articleURI=info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0000506#pone.0000506.s004）
當分析某些複雜的神經系統後，這對於判斷它是從何而來的起源是相當困難的，Ken Kosik 解釋到，他是 UCSB’s 神經科學研究所的共同主任，也是本研究主要的作者之一。
第一個神經元以及神經突觸出現在 6 億年前的刺胞動物（cnidarians）或稱為腔腸動物中，也就是我們如今所知道的水螅（hydra）、海葵（sea anemones）以及水母（jellyfish）等生物。相較之下，海綿，是最具代表性的古老生物，牠們並沒有神經元或神經突觸。牠們是很簡單的動物，沒有五臟六腑。
圖3. corymorpha（hydroid）水螅的一種1
圖4. 水螅（hydroid）的一種2
圖5. 水螅（hydroid）的一種3
圖6. 水螅（hydroid）的一種4
「大約在 6 億年前，我們看到海綿與腔腸動物在演化路徑，期間，神經系統逐漸的應運而生。」Kosik 說到。
他解釋到研究小組列了一份在人類神經突觸中所有基因的表達名單，自此神經突觸逐漸集結成整個神經系統。神經突觸在細胞通訊、學習、與記憶上均牽涉其中。下一步，研究人員將在海綿中找尋是否有任何與神經突觸基因存在的證據。
「那真是令人大吃一驚，」Kosik 說到。「我們發現在海綿當中竟然存在有相當大量與製造神經系統相關的基因存在。」這個研究團隊同時也發現許多證據均顯示這些基因在海綿體內會一起工作。這樣地兩個蛋白質交互作用以及它們的分子結構與人類神經系統均有相當神似之處。
圖7. Sponge PDZ3—CRIPT Homology Model.（圖片來源：http://www.plosone.org/article/fetchArticle.action?articleURI=info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0000506#pone.0000506.s004）
圖8. Structural interactions between the C-terminus of the CRIPT peptide and the PDZ3 domain. (A), the C-terminus of the CRIPT peptide and the PDZ3 domain in rat, fish, fly, mosquito, cnidarian, sea urchin, and worm and (B), the C-terminus of the CRIPT peptide and the PDZ-3 domain in sponge.
「我們在海綿中發現這樣神秘且又未知的結構，同時它清楚的表明了演化過程會創造出整體的結構，同時僅有少部分的修飾作用產生，最後導致它產生一個嶄新的功能，」Kosik 這樣表示到。「演化過程可以將這些 “現成” 的成分通通組裝在一起，然後使它們集中在一個全新且有趣的路徑上。」
該研究正使用海綿基因組的序列創造一些可能性。海綿基因組雖尚未被發表出來，但目前在線上版中已經可以使用。定序的工作事由共同作者 Bernard M. Degnan 所完成，他之前是 Dan Morse 教授的博士後研究員，而 Dan Morse 則是 UCSB’s 研究所的主任，同時也是發育生物學及細胞分子學系的教授。Degnan 目前也已經是一位在澳洲昆士蘭大學從事教學研究工作的教授了。
This research on the genes of the sponge is highly interdisciplinary and includes computer scientists, biologists, and neuroscientists. The first author is Onur Sakarya, a graduate student at UCSB's Neuroscience Research Institute. He is also affiliated with UCSB's Department of Computer Science and the Department of Molecular, Cellular and Developmental Biology. Co-author I-Fan Wang is also with the Neuroscience Research Institute as a postdoctoral fellow. Other co-authors include Bruce Tidor, professor, and Kathryn A. Armstrong, graduate student, both with the Biological Engineering Division and the Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory at the Massachusetts Institute of Technology. Additional co-authors from the School of Integrative Biology at the University of Queensland include Maja Adamska, a postdoctoral fellow, and Marcin Adamski, a research assistant.
圖9. Kenneth S. Kosik 教授
圖10. 本研究第一作者 Onur Sakarya
Philanthropist Harvey Karp provided some of the funding for the work.
Note: This story has been adapted from a news release issued by University of California - Santa Barbara.
原始報導：
ScienceDaily：Origins Of Nervous System Found In Genes Of Sea Sponge
原始論文：
"A Post-Synaptic Scaffold at the Origin of the Animal Kingdom", PLoS ONE, 2007, 6, e506.
論文原文：http://www.plosone.org/article/fetchArticle.action?articleURI=info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0000506#pone.0000506.s004