作者:约翰·休伊特
（同organic）有机 信用:F
Baluš ka et
亚拉巴马州
哲学（philosophy的缩写）
反式
查尔斯·达尔文和他的儿子弗朗西斯写了一本名为《植物运动的力量》的书，在书中，他们首次将根尖确定为植物的中央指挥中心
与我们对地球引力场的定位相反，达尔文提出根顶点代表植物或树的前认知极，而芽顶点代表后极
在这种观点下，根尖只负责识别和定位土壤中营养丰富和毒素缺乏的区域，而芽产生生殖的有性器官
另一个有用的大脑/植物比较可以在高度极化的皮层和树木之间进行
锥体细胞将高度破碎的顶端树突向上延伸至皮质层，同时用深穿透且有目的地分叉的轴突刺穿下面的白质
为了理解为什么树木、神经系统或单个神经元将资源集中在自身的特定区域，并将独特的分支阐述扩散到不同的外部环境中，我们需要确定每个人寻求和响应的化学伙伴和物理劝说
在最新一期的皇家学会哲学会刊上
Moroz等人
追溯最原始的神经系统的起源，以发现在细胞控制下的成千上万个普通分子中的几个是如何最终被封为神经递质的
虽然这篇论文中提出的许多观点，以及关于大脑起源的更大问题，仍然是假设性的，但当真相在惊讶中传播时，往往最容易被接受
因此，在进化的多细胞形式中，通过细胞外消化的简单要求，神经系统不太可能但不可避免地出现，这是一个一旦适当的化学联系暴露出来就可以轻易接受的想法
在这种情况下，令人信服的说法是肽或小蛋白质神经递质必须首先进化
遗传记录表明，分泌的蛋白水解酶和肽毒素具有易于适应的三维结构，是自然选择有效运作的早期分子靶标
许多信号肽，主要来源于高尔基体，依次通过连续的蛋白水解和化学修饰步骤由更大的前肽产生
裂解通常发生在二或一元位点(如赖氨酸-精氨酸)，由前激素转化酶进行，然后是碳末端α-酰胺化，其中双功能肽基甘氨酸α-酰胺化单加氧酶(PAM)将碳末端甘氨酸转化为酰胺
在另一篇文章中，作者加斯帕尔·热克利对肽能信号机制是如何首次出现的提供了一些额外的见解
他指出，PAM加工早于神经系统，并且存在于绿藻莱茵衣藻中
它定位于这些生物体的纤毛，这是它们正常形成所必需的
质谱筛选已经揭示了在衣藻中PAM的底物包括化学吸引肽，该肽释放在睫状体上以吸引负交配型的配子
绿藻中这种细胞间信号装置的存在揭示了关键酰胺化神经肽生产线惊人的深层进化血统
凯利的化学大脑假说假设神经递质先于突触和神经突起，而不是相反
换句话说，发射器制造神经系统
他进一步提出循环系统和神经血液器官的进化通过扩散释放了对肽能信号的限制
无脊椎动物主要体腔内的所谓的血腔循环，加上肽的释放，确保了信号在越来越大的身体中的快速传导
有趣的是，在现代循环系统(含氧和免疫细胞)之前的原始神经系统也分配营养和代谢物，并且可能最初是为此目的进化的，这也是事实
最终的细胞营养是完整的线粒体
许多细胞类型，尤其是免疫细胞，有一种奇怪的倾向，在不同类型的膜外壳内分泌线粒体DNA，通常是完整的线粒体
它们延伸特殊用途的纳米管(让人想起细菌接合交换中使用的纳米管)和微管蛋白驱动的丝状突起来传导和排出这些细胞器
根据供体细胞的当前状态，以及受体的邻居是朋友还是敌人，它们被赋予或攻击不同健康和氧化状态的线粒体
一个更激进但绝不是华而不实的假设是，神经元进化是为了增加这类线粒体转移的范围和特异性
在后来的一篇文章中，德特勒夫·阿伦特观察到，随着多细胞动物出现在一个与宿主相关且可能共生的微生物群落中，生物可能已经进化出神经表型，作为免疫介质，在它们的肠腔中区分自我和非自我
他指出腹神经管的神经元和我们的胰岛分泌细胞有许多相似之处
除了动作电位刺激的神经肽和递质释放的类似突触机制外，指定这些细胞类型的转录因子的组合是重叠的
例如，两者在其早期分化过程中都使用同源域因子mnx、nk6、pax6和胰岛，以及单切转录因子hnf6
脊椎动物腹侧神经管和前肠来源的胰岛细胞之间的这些相似性可能是消化粘液纤毛底部感觉神经分泌细胞的进化衍生物
在这一点上，同样的一般转录因子特征也为海胆的选定神经元和肠细胞、刺胞线虫的咽外胚层衍生的神经分泌细胞和海绵海绵海绵的分泌性消化choanocytes所共有
从肽递质到单一氨基酸衍生物或其他小化学物质的逐渐转变只集中在少数几个关键因素上:谷氨酸、γ-氨基丁酸、甘氨酸、三磷酸腺苷、一氧化氮和质子
所有这些都相对便宜，容易在短时间内大量制造
Moroz et
亚拉巴马州
从损伤/再生反应的角度解释这些特殊分子在信号转导操作中的普遍保存
吃东西可能是一个危险的提议，尤其是如果你是一个单细胞生物或者一个小群体，试图以和你一样大的东西为食
喂养通常包括针对潜在病原体的先天免疫保护，以及一氧化氮和局部反毒素的部署
所有上述代谢物都能够在原始生物和高等植物和动物中诱导对损伤的良好协调的基因表达反应
一个经典的例子是谷氨酸在植物中的作用，伤口最终会引发远距离的钙基反应
现代神经递质，包括血清素、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素、章鱼胺、酪胺、组胺和乙酰胆碱神经递质途径，还没有令人信服地在较低的进化树中检测到
这包括像栉水母、栉水母、海绵和大多数刺胞动物这样的生物
迄今为止，任何单个神经元最遥远的同源谱系可能是元脑细胞
这些巨大的、成对的、含5-羟色胺的中间神经元参与进食唤醒，它们的后代可以在所有的真核生物(基本上是蜗牛和蛞蝓)中被识别出来
这是软体动物亚类的一个层次，在每个方向上被超过3.8亿年的进化所分隔，因此在理解早期神经系统方面非常重要
我们今天对递质的了解大多来自对其受体和合成酶的遗传学研究
这是一件棘手的事情，因为两种类型的蛋白质在进化上都是可延展的，而且似乎一落千丈就能改变序列和功能
例如，生物蝶呤依赖性酪氨酸和色氨酸芳香族氨基酸羟化酶分别是负责制造儿茶酚胺递质和血清素的限速酶
TH中的一个突变(D425V时天冬氨酸转化为缬氨酸)几乎消除了产生左旋多巴的酶活性，同时将苯丙氨酸对酪氨酸的特异性提高了80，000倍
类似地，G蛋白偶联受体曾经被优化以结合和转导基于肽的信号，现在变成了更小的递质配体的检测器
在章鱼的吸盘中，烟碱受体的存在曾经是混淆的来源，因为它们对乙酰胆碱不敏感
现已认识到，这些受体可能被多种化学感觉刺激激活，不应局限于它们原来的名称
随着关于递质和受体的“谁先来”的故事正在迅速展开，曾经困扰前基因达尔文想象学家的神经系统的神秘起源现在变得显而易见
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