令人惊讶的发现——第一批动物是天生的掠食者吗？

图片来源:Ira M?gele和Ulrike Engel，这是海葵aiptasia(青色的细胞核和绿色的刺细胞)在捕食桡足动物Tisbe sp的一种甲壳类鹦鹉螺(绿色)的早期浮游幼虫阶段

最初的动物是捕食者还是像今天海洋里的海绵一样的滤食性动物?和造礁珊瑚一样，与藻类的共生又扮演了什么角色?

海德堡大学托马斯·w·霍尔斯坦教授领导的一个研究小组对海葵的发展进行了惊人的研究，结果表明，捕食的生活方式塑造了海葵的进化，并对其神经系统的起源产生了重大影响。

海葵幼虫的独立摄食习性

研究人员能够证明，小海葵的幼年阶段(幼虫)积极地以活着的猎物为食，而不依赖于藻类。为了捕获猎物，海葵幼虫使用特殊的刺细胞和简单的神经网络。

了解原肠形成及其意义举止

在多细胞生物的早期胚胎发育中，原肠胚形成起着关键作用。

在最简单的形式中，原肠胚从一个中空的细胞球体发育而来，形成一个有肠和嘴的幼虫阶段;想象一下把一个球从一边往里推。所有的动物都要经历这个原肠阶段，这个阶段也可能存在于动物进化的开始，”Ruperto Carola生物研究中心(COS)的发展和进化生物学家霍尔斯坦教授解释说。

图片上是一只小海葵的幼体(青色的核)和一只吞食的甲壳类鹦鹉螺(绿色的)桡足动物Tisbe sp.

Ira M?gele，他的研究小组成员，成功地证明了在原肠期晚期，Aiptasia海葵的幼虫用它们的刺细胞捕获合适大小的猎物，用嘴吞下它们，并在它们的原始肠道中消化它们。

共生藻类细胞在营养中的作用

海葵是研究珊瑚和其他刺胞动物内共生的一个模型系统。

“珊瑚生活在营养贫乏的水域，作为幼虫或年轻的珊瑚虫，吸收共生藻类细胞。然而，在Aiptasia中，这个过程对成虫很重要，但不会导致幼虫的生长和定居，这表明营养是结束生命周期的关键步骤，”Thomas Holstein说。

实验结果及幼虫的理想食物

对营养条件的实验室研究表明，对于微小的Aiptasia幼虫来说，食物必须足够小并且是活的。天河桡足类的鹦鹉螺幼体，小50至80微米，大小与无足亚幼体相似，是理想的食物。

幼虫的大小持续快速增长，随后在基质上定居，蜕变为初级珊瑚虫。

Ira M?gele解释说:“通过这种方式，我们第一次能够培育成熟的息肉及其后代。”

来自维也纳大学(奥地利)的Elizabeth Hambleton博士强调说:“通过关闭Aiptasia的生命周期，最终有可能对这种关键的内共生模式生物进行功能研究所需的必要分子遗传实验。”

来自慕尼黑路德维希·马克西米利安大学(Ludwig Maximilian University)的安妮卡·古斯(Annika Guse)教授博士也是该研究的合著者，她认为这种实验方法是该模型系统工作的一个突破。

原肠假说的新视角

正如霍尔斯坦教授所强调的那样，获得的数据描绘了一幅新的画面，即捕食生活方式是刺虫原肠动物的主要特征。进化理论家恩斯特·海克尔(Ernst Haeckel, 1834 - 1919)首先提出了“原肠假说”。

但海克尔假设的原肠菌是一种过滤粒子的生命形式，就像海绵一样。相比之下，Aiptasia和其他刺胞动物的掠食性原肠虫拥有专门用于捕获猎物的刺细胞。”

海德堡的生物学家补充说，类似原肠原体的掠食性生活方式具有排出毒素的挤出细胞器，同样存在于单细胞生物和简单蠕虫中，可能是多细胞生物早期进化和复杂、有组织的神经系统发展的关键驱动力。

参考文献:“一种掠食性原胃动物导致Aiptasia的共生独立定居”，作者:Ira Maegele, Sebastian Rupp, Suat ?zbek, Annika Guse, Elizabeth A. Hambleton和Thomas W. Holstein, 2023年9月25日，《美国国家科学院院刊》。DOI: 10.1073 / pnas.2311872120

德国研究基金会作为海德堡大学“Wnt信号的机制和功能”合作研究中心的一部分，以及由Guse教授领导的ERC整合补助金“SYMCELLS -解决细胞内珊瑚-藻类共生的分子机制”提供资金。