大脑有多大

头足类动物能够做出一些令人印象深刻的行为。它们可以快速处理信息，改变形状、颜色甚至纹理，与周围环境融为一体。它们还可以彼此交流，表现出空间学习的迹象，并使用工具解决问题。它们太聪明了，甚至会感到无聊，开始恶作剧。

这些海洋动物，包括章鱼、乌贼和它们的墨鱼表亲，拥有地球上所有无脊椎动物中最复杂的大脑，这已经不是什么秘密了。然而，头足类动物最初是如何发展出这么大的大脑的，这仍是一个谜。哈佛大学的一个实验室研究了这些软体生物的视觉系统——它们三分之二的中央处理组织都集中在视觉系统上——相信他们已经接近弄清楚了。

FAS系统生物学中心的研究人员在一项新研究中描述了他们如何使用一种新的实时成像技术，几乎实时地观察乌贼胚胎中神经元的生成。然后，他们能够通过视网膜神经系统的发育来追踪这些细胞。

他们惊讶地发现，在神经系统发育过程中，这些神经干细胞的行为与脊椎动物的非常相似。研究结果表明，虽然脊椎动物和头足类动物在5亿年前就开始分化，但两者发育大大脑的过程是相似的。此外，细胞活动、分裂和形成的方式可能基本上遵循这种神经系统所需的一种蓝图。

“我们的结论令人惊讶，因为我们对脊椎动物神经系统发育的很多了解一直被认为是这一谱系所特有的，”约翰·哈佛大学杰出研究员、该研究的资深作者克里斯汀·科尼格说。“通过观察这一过程非常相似的事实，它向我们表明，这两个独立进化的非常大的神经系统使用相同的机制来构建它们。这表明，动物在发育过程中使用的那些机制——这些工具——可能对构建大型神经系统很重要。”

来自科尼格实验室的科学家们将注意力集中在一种叫做Doryteuthis pealeii的乌贼的视网膜上，这是一种更简单的长鳍近海乌贼。这种鱿鱼可以长到一英尺长，在大西洋西北部大量存在。这些胚胎看起来像可爱的动漫人物，有着大大的头和眼睛。

研究人员采用了与通常用于研究模型生物(如果蝇和斑马鱼)类似的技术。他们创造了特殊的工具，并利用尖端显微镜，每10分钟拍摄一次高分辨率图像，连续数小时观察单个细胞的行为。研究人员使用荧光染料来标记这些细胞，这样他们就可以绘制它们的地图并跟踪它们。

这种实时成像技术使研究小组能够观察被称为神经祖细胞的干细胞以及它们是如何组织的。这些细胞形成了一种特殊的结构，称为假分层上皮。它的主要特征是细胞被拉长，因此它们可以密集地排列。研究人员还看到这些结构的细胞核在分裂前后上下移动。他们说，这种运动对保持组织有序和允许持续生长非常重要。

这种结构在脊椎动物的大脑和眼睛发育中普遍可见。这一直被认为是脊椎动物神经系统能够长得如此庞大和复杂的原因之一。科学家们在其他动物身上也观察到了这种类型的神经上皮细胞，但乌贼的组织在大小、组织和细胞核运动方面也与脊椎动物惊人地相似。

这项研究由科尼格实验室的研究助理弗朗西斯卡·r·纳波利和克里斯蒂娜·m·戴利领导。

下一步，该实验室计划观察头足类动物大脑中不同类型的细胞是如何出现的。柯尼格想要确定它们是否在不同的时间表达，它们如何决定成为一种神经元而不是另一种，以及这种行为在物种间是否相似。

科尼格说:“这类工作的一大收获就是研究生命多样性的价值。”“通过研究这种多样性，你实际上可以回到我们自身发展和生物医学相关问题的基本想法。你真的可以回答这些问题。”

文章旨在传播新闻信息，原文请查看https://news.harvard.edu/gazette/story/2022/11/harvard-study-looks-at-how-cephalopods-develop-their-big-brains/