在一項新的研究中發現，頭足類動物的大腦發育與脊椎動物相似。頭足類動物，包括章魚、烏賊和墨魚表現出令人印象深刻的行為，如快速適應其外觀以融入周圍環境的能力，相互溝通，展示空間學習，並使用工具來解決問題。它們的高度智慧甚至使它們能夠體驗到無聊。

這不是什麼秘密，是什麼讓它成為可能。頭足類動物，包括章魚、烏賊和墨魚擁有所有無脊椎動物中最複雜的大腦。然而，它們如何開發這些大型大腦的過程一直是個謎。哈佛大學一個研究這些生物的視覺系統的實驗室認為，他們在理解這一過程方面取得了重大進展，因為這些生物的大部分中央處理組織都集中在視覺系統。他們說，這個過程看起來令人驚訝地熟悉。

來自FAS系統生物學中心的研究人員描述了他們如何使用一種新的活體成像技術，幾乎實時地觀察神經元在胚胎中的形成。然後他們能夠通過視網膜的神經系統的發展來追踪這些細胞。他們看到的情況讓他們感到驚訝。

這是本文中產生的實時成像數據的一個例子。眼睛中的細胞膜被標記為熒光染料，使我們能夠看到發育過程中的單個細胞行為。資料來源：Kristen Koenig

他們追踪的神經乾細胞的行為與脊椎動物在神經系統發育過程中這些細胞的行為方式極為相似。這表明，儘管脊椎動物和頭足類動物在5億年前就相互分化，但它們不僅在使用類似的機制來製造它們的大大腦，而且這一過程以及細胞的行為、分裂和形狀的方式可能基本上佈局了開發這種神經系統所需的藍圖。

“我們的結論令人驚訝，因為我們對脊椎動物神經系統發育的許多了解長期以來一直被認為是該系的特殊情況，”約翰-哈佛大學傑出研究員和該研究的高級作者克里斯汀-科尼格說。”通過觀察這個過程非常相似的事實，它向我們建議的是，這兩個獨立進化的非常大的神經系統正在使用相同的機制來構建它們。這表明的是，動物在發育過程中使用的那些機制–那些工具–可能對構建大的神經系統很重要。”

來自科尼格實驗室的科學家們集中研究了一種叫做Doryteuthis pealeii的烏賊的視網膜，更簡單地說就是一種長鰭烏賊。這種魷魚長到大約一英尺長，在西北大西洋中非常多。作為胚胎，它們看起來相當可愛，有著圓圓的大腦袋和大眼睛。

研究人員使用了與研究模式生物（如果蠅和斑馬魚）所流行的類似技術。他們創造了特殊的工具，並使用尖端的顯微鏡，可以每十分鐘拍攝一次高分辨率的圖像，連續拍攝數小時，以觀察單個細胞的行為。研究人員使用熒光染料來標記細胞，以便他們能夠繪製和跟踪它們。

這種活體成像技術使研究小組能夠觀察被稱為神經祖細胞的干細胞以及它們是如何組織的。這些細胞形成了一種特殊的結構，稱為假上皮細胞。它的主要特徵是細胞被拉長，所以它們可以密集地排列。研究人員還看到這些結構的細胞核在分裂前後都會上下移動。他們說，這種運動對於保持組織的有序性和生長的持續很重要。

這種類型的結構在脊椎動物物種如何發展其大腦和眼睛方面是普遍的。在歷史上，它被認為是脊椎動物的神經系統能夠增長得如此巨大和復雜的原因之一。科學家們已經在其他動物中觀察到這種類型的神經上皮的例子，但是他們在這個例子中觀察的烏賊組織在其大小、組織和細胞核的移動方式上與脊椎動物的組織異常相似。

這項研究由科尼格實驗室的研究助理Francesca R. Napoli和Christina M. Daly領導。

接下來，該實驗室計劃研究頭足類動物大腦中不同的細胞類型是如何出現的。科尼格想確定它們是否在不同的時間表達，它們如何決定成為一種類型的神經元而不是另一種，以及這種行動在不同的物種中是否相似。

科尼格對擺在面前的潛在發現感到興奮，他說：”這類工作的一個重要啟示是，研究生命的多樣性是多麼有價值。通過研究這種多樣性，你實際上可以真正回到關於甚至我們自己的發展和我們自己的生物醫學相關問題的基本想法。你可以真正談論這些問題。”