自然界形形色色的動物行為均依賴於神經係統的演化。但是在觀察、記錄和描述各種動物行為的同時，我們卻很少了解神經係統在不同時間尺度上的演化是如何發生的。近日，Nature Ecology & Evolution 在線發表了必威精装版app西汉姆联 李樞強團隊的最新研究成果。該研究結合比較基因組和大腦單細胞圖譜構建，發現蜘蛛中類蘑菇體（mushroom body-like ）神經元的演化可能是蜘蛛從原始打洞到空中結網行為轉變的關鍵驅動因素。

　　蜘蛛最顯著的行為是其結網行為。但並非所有蜘蛛都結網，早期的蜘蛛營地表打洞生活，在大約兩億年前，隨著被子植物的繁盛，轉向在三維空間中結網的蜘蛛逐漸增多，並占領了空中生態位。為了解析從打洞到結網的行為演化過程中，蜘蛛神經係統如何改變，作者首先對一種結網蜘蛛的大腦進行了單細胞轉錄組測序，發現蜘蛛中存在大量古老的神經元類型：蜘蛛中可能保留了在脊椎動物中廣泛存在，但在昆蟲等無脊椎動物中丟失的去甲腎上腺素係統；同時，蜘蛛也保留了大量的神經肽能神經元。

　　通過進一步和果蠅的大腦神經元類型進行比對，研究者發現蜘蛛大腦存在大量的特異神經元。基於線蟲、昆蟲和蛛形綱類群的跨物種比較，推測祖先基因的保留以及多次的基因加倍事件可能是蜘蛛神經元特化的重要驅動因素。為了進一步探究結網蜘蛛的基因組特點，研究者對節板蛛和地蛛兩類原始打洞蜘蛛的基因組進行了測序。結合比較基因組、多組織的轉錄組和大腦單細胞數據集，發現結網蜘蛛祖先中受到正選擇的基因大量表達在腦部，特別是約1/3的基因表達在類蘑菇體神經元中。通過功能富集、原位雜交、RNAi幹擾和行為實驗，最終證實了蘑菇體的演化對蜘蛛結網行為的出現有關鍵作用。

　　綜上，利用蛛形綱主要譜係代表物種和六種蜘蛛的基因組，結合蜘蛛的大腦單細胞測序，研究者們重現了蜘蛛捕獵和結網行為的完整演化路徑。在蜘蛛中發現的去甲腎上腺素係統打破了對脊椎動物和節肢動物分別利用不同神經遞質的傳統認知，為理解動物神經係統的演化提供了重要的依據。該研究綜合基因組學、轉錄組學和單細胞轉錄組學，以及行為學和神經生物學實驗，將為理解動物行為多樣性的起源和演化提供新的研究策略。

　　必威精装版app西汉姆联 李樞強研究員為文章的通訊作者，靳鵬宇博士後和朱冰月博士為論文的共同第一作者，清華大學博士生賈寅君，必威精装版app西汉姆联 無脊椎動物學研究組和甲殼動物生物地理學研究組的多位研究生共同參與了該研究，該研究也得到了清華大學張偉研究員的指導及支持。該研究受中國科學院先導項目、國家自然科學基金委麵上項目以及中國科學院動物進化與係統學重點實驗室開放課題的共同資助。

　　文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41559-023-02238-y

圖1 蜘蛛大腦的主要結構

圖2 蜘蛛的大腦細胞類型

圖3 蜘蛛結網行為的演化路徑和關鍵神經係統創新