最早的复杂脊椎动物大脑是什么样子的？为了找到答案，科学家们转向了一个意想不到的“时间旅行者”：七鳃鳗——一种无颌的鳗形鱼类，其身体构型在大约3.6亿年间几乎未曾改变。

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在6月18日发表于《科学》杂志的一项研究中，由中国科学院昆明动物研究所苏冰领导的研究团队，联合华大生命科学研究院和辽宁师范大学的研究人员，构建了首个七鳃鳗全脑三维单细胞图谱，本质上是一张高分辨率地图，标明了每个细胞的位置以及各细胞中活跃表达的基因。

研究人员发现，尽管七鳃鳗大约在4.5亿年前就与有颌脊椎动物分化开来，但它们的大脑在多个区域与小鼠共享高度相似的基因表达模式。这一发现表明，所有脊椎动物的共同祖先很可能已经拥有一个结构有序、分子层面复杂的大脑。

然而，研究人员也表明，每个谱系也各自演化出了独特的特征：七鳃鳗拥有独特的中脑神经元和体积格外大的“缪勒细胞”，而哺乳动物则进而构建出了更为精细、分层的皮层。

此外，该图谱还揭示了神经元类型在进化过程中如何变得更加特化。七鳃鳗拥有一种多功能细胞类型，称为无羊膜动物富集神经元（AEN），它能同时传递兴奋性和抑制性信号——这一过程被形象地称为“兼职”。

通过比较脊椎动物演化树上的现存物种，研究人员发现这些“兼职”细胞在七鳃鳗和斑马鱼中很常见，但在羊膜动物中却很少见，而后者则依赖具有专门功能的“专家”神经元。研究人员提示这种差异与一次古老的全基因组复制有关。

此外，研究人员还揭示，即便是作为大脑协调中枢的小脑，也初具雏形：七鳃鳗中类似小脑神经元的细胞表明存在一个弥散而原始的“类小脑区域”。

总体而言，这项研究帮我们重建了祖先脊椎动物大脑的演化蓝图，并让我们对脊椎动物大脑如何一步步变得更复杂有了新的认识。