來自因斯布魯克大學的研究人員已經確定了我們感官的遺傳起源。研究結果顯示，脊椎動物的顱感覺神經節產生於與其最接近的活體親屬–被囊動物共享的一個基因程序。
當動物生命開始出現時，無脊椎動物起初在水域中佔主導地位。儘管它們已經有了頭部特徵，但脊椎動物最終還是成功了，因為它們進化出了一個新的、優越的頭部。這個 “新頭”使感覺細胞在空間上廣泛地分散和繁殖，導致對周圍環境的感知大大改善。這對於掠奪性生活方式的進化也是至關重要的。
顱感覺神經節是向脊椎動物大腦傳遞外部感覺的關鍵。你可以把它們想象成遍布大腦的神經節，收集來自感覺器官的信息。直到現在，科學家們還不知道這些神經節產生的確切過程。這些問題終於被2022年5月18日發表在《自然》雜誌上的一項研究所解決。
脊椎動物的原型
來自因斯布魯克大學動物學研究所的Ute Rothbächer的研究小組果斷地參與了該項目的最後階段，這是一個由牛津大學構思的多個機構的國際合作。他們的研究結果表明，脊椎動物的顱感覺神經節是由一個遺傳程序產生的，這個程序也存在於它們最接近的活體親屬–被囊動物中。在被囊動物幼蟲中，某些感覺神經元，稱為雙極尾神經元，位於尾部區域。這些神經元處理外部刺激，但也負責動物的運動。在這兩個動物亞型中，各自的結構都是由基因Hmx形成的。
“被囊動物就像脊椎動物的進化原型，”Rothbächer解釋說。“這些亞型的成蟲之間存在着巨大的解剖學差距，因為他們適應生態環境。這使得對它們進化的研究變得複雜。共同的結構和機制只能在胚胎階段被識別出來–我們的共同祖先可能與被囊動物的幼蟲非常相似。”
該研究的模型生物是七鰓鰻，一種類似於鰻魚的原始魚類，通常被稱為 “活化石”；以及玻璃海鞘，它被一個淡黃色的管狀套囊所包圍，保護動物並過濾食物。
保守的基因
Rothbächer研究小組的博士生Alessandro Pennati提供了關於玻璃海鞘中Hmx基因功能的決定性數據。他應用基因技術CRISPR-Cas9來選擇性地敲除基因序列，同時使用瞬時轉基因的方法來過度表達基因。
研究人員發現，Hmx在被囊動物中控制雙極尾部神經元的發育，而在脊椎動物中，它對顱感覺神經節的發育有控制作用。令人驚訝的是，插入被囊動物 DNA的七鰓鰻Hmx基因片段與玻璃海鞘自身的Hmx有類似的活性。
“Hmx已被證明是一個在整個進化過程中一直保守的中心基因。它保留了其原有的功能和結構，並可能以這種形式存在於脊椎動物和隧道動物的共同祖先中，”Pennati解釋說。因此，顱感覺神經節和雙極尾部神經元具有相同的進化起源，Hmx可能關鍵性地參與了脊椎動物中高度專業化的頭部感覺器官的形成。