Did Animal Evolution Begin with a Predatory Lifestyle?

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,掠食性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。

据发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇新文章报道,研究人员能够证明,小海葵(Aiptasia)的年轻生命阶段(幼虫)积极以活着的猎物为食,而不依赖藻类。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。

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。

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。

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,”Holstein说。

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

来自维也纳大学(奥地利)的Elizabeth Hambleton博士说:“通过关闭Aiptasia的生命周期,最终有可能进行必要的分子遗传实验,以研究这种关键的内共生模式生物的功能。”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。

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动物拥有专门用于捕获猎物的刺细胞,”Holstein说。

Holstein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,在单细胞生物和简单蠕虫中也发现了这种生活方式,这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。