七鳃鳗“兼职”神经元

“兼职”神经元（Dual-Function Neuron）是指在七鳃鳗脑中发现的一类特殊神经元， 其最核心的特征是同时具备兴奋性和抑制性神经递质的分子特征。 在经典神经生物学中， 神经元被严格划分为两类：兴奋性神经元（释放谷氨酸等兴奋性递质， 激活下游神经元）和抑制性神经元（释放GABA等抑制性递质， 抑制下游神经元活动）。 这两类神经元分工明确、 各司其职， 构成了所有脊椎动物神经环路的基本设计原则。 ADFASDFAF23RQ23R

然而， 七鳃鳗脑中的这类“兼职”神经元打破了这一教条——它们在同一细胞中同时表达兴奋性和抑制性神经递质的标志基因， 如同一名员工同时承担“加速”和“刹车”两种截然相反的工作。 七鳃鳗作为现存最古老的脊椎动物之一， 其大脑中保留了大量脊椎动物祖先的原始特征。 因此， “兼职”神经元很可能代表了脊椎动物演化早期神经系统的原始状态——在那个遥远的时代， 神经元尚未分化为今天的“专职”类型， 而是以一种更“粗放”、 更“多能”的方式工作。

七鳃鳗是现存少数几类没有上下颌的脊椎动物之一， 大约在4.5亿年前与包括人类在内的有颌类脊椎动物分道扬镳。 更难得的是， 它的核心形态特征在化石记录中保持了约3.6亿年几乎不变， 因此被称为“活化石”。

复杂的大脑是脊椎动物区别于无脊椎动物的重要标志， 但最早的脊椎动物大脑究竟是什么样子， 长期缺乏直接证据。 七鳃鳗作为连接无脊椎动物与有颌脊椎动物的“演化桥梁”， 是重建脊椎动物脑祖先状态的关键类群。 绘制七鳃鳗全脑图谱， 相当于拿到了一把打开4.5亿年前脊椎动物大脑奥秘的钥匙。

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2026年6月19日，中国科学院昆明动物研究所宿兵团队联合华大生命科学研究院、 辽宁师范大学， 在《科学》（Science）以封面论文形式发表了这一里程碑式的研究成果。 ADFASDFAF23RQ23R

研究团队利用华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq与单细胞建库平台DNBelab C4， 对七鳃鳗全脑进行了前所未有的精细解析。 他们精准抓取了七鳃鳗全脑14个主要脑区、46万多个细胞的空间转录组数据， 最终解析出209种在分子和空间上完全区分的细胞类型和状态。

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这是全球首个无颌类脊椎动物全脑时空3D图谱。 研究团队还将七鳃鳗的脑图谱与小鼠等8个物种的单细胞数据以及5个物种的空间转录组数据进行了系统比较。 ADFASDFAF23RQ23R

4.1 什么是“兼职”神经元

在七鳃鳗脑中， 研究团队发现了一类特殊的神经元——它们在同一细胞中同时表达兴奋性递质（谷氨酸）和抑制性递质（GABA）的标志基因。 在经典神经生物学中， 这是不可能的事情： 一个神经元要么是兴奋性的， 要么是抑制性的， 绝不可能两者兼顾。 ADFASDFAF23RQ23R

这类“兼职”神经元在七鳃鳗和斑马鱼脑中占据较高比例。 它们的发现表明， 在脊椎动物演化的早期阶段， 神经元的身份尚未被“锁定”为单一的兴奋或抑制功能， 而是以一种更灵活、 更多能的方式工作。

4.2 在演化树上的位置

“兼职”神经元并非七鳃鳗独有。 研究团队在斑马鱼（一种更年轻的脊椎动物）脑中也发现了类似细胞， 但比例较低。 这表明“兼职”神经元是脊椎动物祖先脑中的原始特征， 在演化过程中被逐渐保留或丢失。 ADSFAEQWER353423413434

而在小鼠等更晚出现的脊椎动物中， 这类细胞已基本消失， 取而代之的是分工更加明确、 功能更加精准的“专职”神经元。

4.3 从“兼职”到“专职”： 演化趋势

“兼职”神经元在七鳃鳗中比例较高， 在斑马鱼中比例降低， 在小鼠中几乎消失——这一梯度变化揭示了一个清晰的演化趋势：随着脊椎动物不断演化， 分工更加明确的“专职”神经元逐渐成为主导。 ADFASDFAF23RQ23R

这一趋势暗示了一个深刻的演化逻辑： 在演化早期， “效率优先”可能是神经系统的主要设计原则——一个细胞干两份活， 用更少的资源完成更多的工作。 而随着脑结构日益复杂， “精确优先”逐渐取代了“效率优先”——虽然需要更多的神经元和更复杂的连接， 但信号的准确性和可靠性得到了保障。

中国科学院昆明动物研究所研究员宿兵对此评价道： “这张全脑三维图谱就像一份跨越数亿年的‘地图’， 为我们理解复杂脑结构如何产生和演化提供了新的视角”。 ADSFAEQWER353423413434

5.1 雏形小脑

研究人员在七鳃鳗的 “小脑样区域” 中鉴定出一类与斑马鱼小脑中间神经元分子特征高度相似的细胞。 这表明七鳃鳗脑中可能已经存在一个雏形小脑。 ADSFAEQWER353423413434

小脑是脊椎动物协调运动和维持平衡的核心脑区。 传统观点认为小脑是在有颌脊椎动物中才出现的结构。 而七鳃鳗中雏形小脑的发现， 为长期存在争议的小脑起源问题提供了新的分子证据， 将小脑的起源推前至脊椎动物演化更早的阶段。

5.2 深度保守的脑区结构

研究团队将七鳃鳗与小鼠的脑图谱进行比对， 发现了一个惊人的事实：即使相隔数亿年的两种动物， 多个脑区的功能、基因表达都高度相似。 在嗅球神经发生轨迹、延脑分节区域以及不同脑区核心细胞类型等方面， 两者也具有显著保守性。

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这一发现揭示了脊椎动物脑演化过程中 “深度保守”与“广泛创新”并存的双重演化规律： 一方面， 祖先脑结构和核心细胞类型在不同脊椎动物中长期保持保守； 另一方面， 各谱系又通过细胞类型创新、 空间组织重塑和功能专门化不断推动脑结构复杂化。 ADSFAEQWER353423413434

6.1 改写神经演化教科书

“兼职”神经元的发现， 彻底改写了我们对神经元分类和神经环路演化的认知。 它表明， 在脊椎动物演化的黎明时期， 神经系统的组织原则与我们今天所熟知的“兴奋/抑制二分法”截然不同。 这一发现为理解神经系统的演化起源提供了全新的框架。

6.2 为脑疾病研究提供新视角

“兼职”神经元在演化早期的高比例和在演化后期被“专职”神经元取代的趋势， 提示了一个有趣的可能性：某些神经系统疾病（如癫痫、精神分裂症等与兴奋-抑制失衡相关的疾病）可能反映了演化过程中被抑制的“兼职”状态的异常重现。 理解“兼职”神经元如何被“专职”神经元取代， 可能为治疗相关脑疾病提供全新的思路。 ADFASDFAF23RQ23R

• “兼职”神经元在七鳃鳗脑中具体执行什么功能？ 它们是如何在同一个细胞中协调兴奋和抑制两种相反信号的？

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• “兼职”神经元在斑马鱼等更年轻的脊椎动物中仍然存在， 它们的功能与七鳃鳗中的同类细胞是否相同？ ADSFAEQWER353423413434

• “兼职”神经元是如何在演化过程中逐渐被“专职”神经元取代的？ 这一转变的分子机制是什么？ ADFASDFAF23RQ23R

• 人类脑中是否存在“兼职”神经元的残余？ 它们是否与某些神经系统疾病有关？ ADFASDFAF23RQ23R

• 七鳃鳗脑中的雏形小脑与有颌脊椎动物的小脑之间是否存在直接的演化联系？ ADFASDFAF23RQ23R