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这项发表在eLife上的研究挑战了科学界一个普遍的信念——甲壳类动物明显不存在“蘑菇体（mushroom body）”。
果蝇脑内的蘑菇体
螳螂虾脑内的蘑菇体
这项发表在eLife上的研究挑战了科学界一个普遍的信念——甲壳类动物明显不存在“蘑菇体（mushroom body）”。由亚利桑那大学领导的新研究发现，实际上，虾、龙虾和螃蟹等甲壳类动物在大脑结构上与昆虫的亲缘关系比你想象的更为接近，这些制霸陆海空的家伙们都拥有蘑菇状的大脑结构。
早在2017年，亚利桑那大学的神经学家Nicholas Strausfeld团队报告螳螂虾蛄（Squilla mantis）脑内发现蘑菇状结构。最新论文证明，此前描述的蘑菇状结构具备蘑菇体的神经解剖特征（昆虫特有的进化特征），而该特征广泛存在于甲壳类动物之中。
节肢动物包括昆虫、甲壳类动物，还包括蜘蛛、蝎子和蜈蚣等。它们的共同特征包括盔甲样的外骨骼和分节的附肢。
5亿年前，甲壳类动物和昆虫有一个共同的“老祖宗”，可它们早已灭绝了。“蘑菇体是一个非常古老的大脑结构，”Strausfeld教授说。“当你把节肢动物视作一家‘虫’时，它无处不在。”大约4.8亿年前，节肢动物家谱分裂，一个谱系产生蜘形纲，另一个谱系产生具颚的，第二组再次分裂形成现代甲壳动物（包括虾和龙虾以及六条腿的生物）的古老血统。
蘑菇体已经被证明是感觉输入汇聚的中央处理单元。以蜜蜂为例的研究表明，昆虫的视觉、嗅觉、味觉和触觉都整合在这里。每个蘑菇体包含一个称为叶（lobe）的柱状部分，其顶部有一个称为萼（calyx）的环状结构，动物的感觉器官收集发出的信息被这里的神经元转发给叶内数千条交叉的神经纤维，这些神经纤维对计算和记忆储存至关重要。
其他研究表明，当动物从环境中收集经验时，这些回路可以与大脑其他中心相互作用，从而加强或减少记忆。
在进化上龙虾和螃蟹被定义为更“现代”的爬行亚目（Reptantia），它们的大脑中心似乎完全不像昆虫的蘑菇体，因此，研究人员曾认为海洋中的甲壳类动物完全缺乏这种结构。
研究人员应用标记抗体处理甲壳类动物大脑样本，标记果蝇学习和记忆所必需的蛋白质，灵敏的组织染色技术进一步实现了蘑菇体复杂结构的可视化。“几种蛋白质对果蝇学习和记忆建立十分必要，我们用抗体检测其他昆虫物种，蘑菇体每次都会发光，”Strausfeld说。
当使用相同的方法，这些蛋白并非昆虫独有。蜈蚣、千足虫和一些蛛形纲动物，甚至包括人类在内的脊椎动物海马中也有。
“节肢动物、海洋蠕虫、扁形虫的蘑菇体，也许还有脊椎动物的海马，似乎在生命进化中有着非常古老的起源，”Strausfeld说。
那么为什么甲壳类动物虽然有蘑菇体，但它们的蘑菇体看起来与昆虫的蘑菇体截然不同呢？Strausfeld 等人有一个理论：昆虫通过飞行掌握了三维世界，生活在水环境中的甲壳类动物同样需要精细的三维区域知识。“我认为这不是巧合，”Strausfeld说。“三维世界的复杂性可能需要特殊的神经网络，允许认知水平在三维空间中进行协商。”而龙虾和螃蟹大多生活在海底，这也许是它们一直未被发现存在蘑菇体的原因。“我认为，很多螃蟹和龙虾都是扁平世界的居民。也许接下来的研究我们就能知道，生活在礁石上的皮皮虾和隐居的龙虾哪个才是更聪明的顶级捕食者。”
他们希望对蘑菇体的研究能进一步帮助阐明大脑是如何进化的，以及什么样的环境条件决定了这一过程。
原文检索：Mushroom body evolution demonstrates homology and divergence across Pancrustacea
（生物通：伍松）
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