海葵似乎是一種不朽的動物，它們似乎對衰老和人類隨著時間推移所經歷的負面影響具有天然的免疫力。然而，它們永葆青春的確切原因並不完全清楚。海葵Nematostella vectensis的遺傳指紋顯示，這個令人難以置信的古老動物門的成員採用了與更複雜的生物體相同的基因級聯進行神經細胞分化。這些基因還負責在海葵的一生中維持生物體內所有細胞的平衡。

這些發現最近由維也納大學的Ulrich Technau領導的一組發育生物學家發表在《細胞報告》雜誌上。

幾乎所有的動物有機體都是由數以百萬計，甚至數十億計的細胞組成，它們以錯綜複雜的方式結合在一起，形成特定的組織和器官，這些組織和器官由一系列的細胞類型組成，如各種神經元和腺體細胞。然而，目前還不清楚這種不同細胞類型的關鍵平衡是如何出現的，它是如何被調節的，以及不同動物生物體的不同細胞類型是否有一個共同的起源。

海葵的光學縱切面，兩層細胞中都有nanos1轉基因的神經細胞（紅色）。肌肉被染色為綠色，細胞核為藍色。資料來源：Andreas Denner

單細胞指紋指向共同的祖先

由進化發育生物學家Ulrich Technau領導的研究小組，同時也是維也納大學乾細胞單細胞調控（SinCeReSt）研究平台的負責人，已經破譯了海葵Nematostella vectensis中所有神經和腺體細胞類型的多樣性和進化以及它們的發育起源。

為了實現這一目標，他們使用了單細胞轉錄組學，這種方法在過去十年中徹底改變了生物醫學和進化生物學。

“有了這個方法，整個生物體可以被分解成單細胞–而且每個單細胞中目前表達的所有基因都可以被解密。不同的細胞類型在其表達的基因上有根本的不同。因此，單細胞轉錄組學可以用來確定每個細胞的分子指紋，”當前出版物的第一作者Julia Steger解釋說。

在該研究中，具有重疊指紋的細胞被分組。這使科學家們能夠區分出確定的細胞類型或處於發展過渡階段的細胞，每個細胞都有獨特的表達組合。它還使研究人員能夠確定不同組織的共同祖細胞和乾細胞群。

令他們驚訝的是，他們發現與先前的假設相反，神經元、腺細胞和其他感覺細胞起源於一個共同的祖細胞群，這可以通過活體動物的基因標記來驗證。由於一些具有神經元功能的腺細胞在脊椎動物中也是已知的，這可能表明腺細胞和神經元之間有著非常古老的進化關係。

不斷使用的古老基因

有一個基因在這些共同的祖先細胞的發展過程中起著特殊的作用。SoxC在神經元、腺細胞和網狀細胞的所有前體細胞中表達，對所有這些細胞類型的形成至關重要，正如作者在敲除實驗中額外能夠顯示的那樣。

“有趣的是，這個基因並不陌生：它在人類和許多其他動物的神經系統形成過程中也發揮著重要作用，這與其他數據一起表明，這些神經細胞分化的關鍵調控機制似乎在整個動物界是保守的，”Technau說。

通過比較不同的生命階段，作者還發現，在海葵中，神經元發育的遺傳過程從胚胎到成年生物體都保持不變，因此有助於海葵一生中神經元的平衡。

這是很了不起的，因為與人類不同，海葵可以在其整個生命中替換缺失或損壞的神經元。對於未來的研究，這提出了一個問題：海葵如何設法將這些機制–在更複雜的生物體中只發生在胚胎階段–以可控的方式維持到成年生物體。