我們的人類大腦似乎是進化的最高成就，但這一成就的根基卻很深。現代大腦是在數億年來複雜性的逐步提高中產生的。進化生物學家通過動物家族樹的分支，包括所有具有中樞神經系統的生物追溯了這一進展，但很明顯，神經系統的基本要素在更早的時候就已經存在。
英國埃克塞特大學的一個研究小組最近的發現使人們對多早的問題有了明顯的認識。他們發現，兩種重要的神經遞質（或神經系統中使用的信號分子）的化學前體出現在所有的主要動物群體中，而這些動物在擁有中樞神經系統之前就已經存在。
然而，最大的驚喜是，這些分子也存在於動物的單細胞親屬，稱為鞭毛蟲。這一發現表明，動物的神經肽甚至在最早的動物進化之前就已經起源了。
挪威薩爾斯國際海洋分子生物學中心研究神經元進化起源的Pawel Burkhardt說，這一發現”解決了關於動物神經肽何時以及如何進化的一個長期問題”。它還表明，至少一些對我們大腦運作至關重要的信號分子首先在僅由一個細胞組成的生物體中為一個完全不同的目的而演化。
動物的神經系統是由相互連接的神經元組成的，通過各種小的肽類神經遞質在突觸中傳遞信息。這些肽是神經元之間相互交談的語言。這表明，這些神經元分子甚至在需要細胞與細胞之間的這種廣泛交流之前就開始進化了。
但是當進化生物學家試圖推斷哪些動物細胞首先開始使用這種”語言”時，早期動物進化的模糊性干擾了他們。幾乎所有的早期動物群體都製造了與神經肽非常相似的各種分子，包括櫛水母（梳狀水母）和刺胞動物（水母、珊瑚和海葵）。即使是被稱為胎生動物的極其簡單的動物，它們沒有類似神經元的細胞，也會製造神經肽。海綿動物似乎是唯一的例外，這就是為什麼人們普遍認為動物的神經肽起源於刺胞動物或櫛水母，在海綿動物從動物樹的其他部分分支出來后。
但這一理論的問題是，早期動物群體中的神經肽的氨基酸序列與雙體動物的神經肽差別很大，似乎沒有一種神經肽的相似性足以成為它們的祖先。更糟糕的是，許多單細胞動物，或原生動物也製造各種各樣不相關的神經肽。大腦神經肽的進化線索似乎就這樣消失了。
最近，埃克塞特大學Gáspár Jékely實驗室研究進化神經生物學的Luis Yañez-Guerra打破了這種僵局。為了追蹤各種動物神經肽的起源和進化，Yañez-Guerra將神經肽映射到早期支系動物及其近親–鞭毛蟲的進化樹上。
在他的博士工作中，他已經創建了一個龐大的動物神經肽清單，當他開始在動物樹上尋找這些神經肽時，他偶然意識到鞭毛蟲會製造兩種成熟神經肽的蛋白質前體：phoenixin和nesfatin。這在鞭毛蟲中的存在是一個驚喜，因為神經肽通常出現在發送者和接受者的神經元中。Yañez-Guerra說：”在一個單細胞生物體中，這更難說得通。這表明這些神經元分子甚至在需要這種細胞與細胞之間的廣泛交流之前就開始進化了。這就是為什麼它有點令人震驚”。
現在研究人員已經在動物生命的所有主要早期分支中發現了神經肽，包括（從右上角順時針方向）櫛水母或梳狀水母、海綿和刺胞動物，如水母和海葵。
phoenixin和nesfatin的前體並不直接作為神經肽被神經系統使用；相反，這些長肽是化學前體，被切割和加工成較小的分子，成為功能性的、成熟的神經肽。它們的隱藏身份可能是它們沒有被確定為早期有希望的線索的原因。
對基因表達數據的進一步搜索證實了Yañez-Guerra的預感，即phoenixin和nesfatin可能是理解神經肽進化的關鍵。不僅前體肽存在於鞭毛蟲中，而且它們也存在於所有的早期動物群體中–甚至是類海綿動物，在那裡它們曾被忽略。
鑒於鞭毛蟲中的前體分子與所有動物中發現的這些神經肽有如此直接的聯繫，伯克哈特解釋說：”所有動物的最後一個共同祖先可能至少有兩種神經肽。”
自然產生的問題是。既然不可能是神經信號，那麼那些神經肽前體在雜鞭毛蟲中做什麼？目前還沒有一個明確的答案。鞭毛蟲似乎確實產生了成熟的phoenixin神經肽，但沒有產生成熟的nesfatin神經肽。鞭毛蟲有可能使用它們的phoenixin神經肽來相互交流，例如協調鞭毛蟲群落的形成。
但在他們的論文中，Yañez-Guerra和他的同事還提出，這些前體可能是多功能的分子。他們指出，根據它們的肽序列，兩種前體都可能是分泌分子。他們還指出，雖然鳳凰素前體可以被加工成神經肽，但它的一段也可以成為一種”伴侶”，確保蛋白質被正確摺疊，形成線粒體能量收集設備的一個關鍵的相關複合物。
在前體的進化過程中，對這些”兼職”功能的選擇壓力可能比任何細胞間信號的需要更大。目前，Yañez-Guerra和Burkhardt正在合作研究一種缺少phoenixin前體的突變體鞭毛蟲，以更好地了解其功能。他們還在尋找鞭毛蟲中能接受神經肽的受體分子。
不幸的是，這兩種神經肽前體為所有動物所共享這一事實很難簡化神經系統的早期進化。去年12月，Mariia Sachkova和她在薩斯中心的同事與Burkhardt合作，報告說在一個機器學習工具的幫助下，他們已經確定了許多在櫛水母基因組中編碼的奇特的神經肽，其中許多與動物王國中的任何其他神經肽不同。
神經肽並不是櫛水母神經系統的唯一獨特之處。它們的神經網絡結構是如此不尋常，以至於研究人員懷疑它們是獨立於人類和其他動物的神經系統而進化的。為什麼櫛水母以不同的方式做事是一個謎，但很明顯，神經系統在其進化的早期經歷了一個巨大的實驗和創新時期–而且至少其中一些實驗在動物出現之前就開始了。