研究揭示3.2亿年动物大脑演化之谜
本报讯（记者刁雯蕙）研究显示，鸟类、哺乳类甚至龟类的大脑在过去3.2亿年里，经历了一场精彩的大脑神经元演化历程，走出了截然不同但又殊途同归的智慧发展之路。5月13日，这项由华大生命科学研究院联合葡京网投app_澳门葡京游戏-【在线*平台】：深圳先进技术研究院、葡京网投app_澳门葡京游戏-【在线*平台】：脑科学与智能技术卓越中心等机构共同完成的研究发表于《发育细胞》。
3.2亿年前，当脊椎动物第一次离开水域来到陆地生活时，面对的是全新挑战——如何在陆地的复杂环境中导航、觅食、避险？这些问题迫使动物大脑加速进化。哺乳类发展出6层新皮层作为高级认知的结构基础，而鸟类虽然没有类似结构，却通过更密集的神经元和特殊的核团组织，拥有了与灵长类相似的工具使用和社会认知能力。
那么，基因组如何通过分子层面的影响，在迥异的解剖结构下演化出相似的复杂功能？
在该研究中，研究团队利用华大自主研发的超高通量测序平台DNBSEQ-T10、单细胞测序平台DNBelab C4和时空组学技术Stereo-seq，对中华软壳龟、斑胸草雀、鸽子的端脑和小脑进行测序分析，并与已公开的小鼠、猕猴全脑图谱数据进行整合，共构建了羊膜类5个代表物种共130万个细胞的跨物种单细胞图谱。该图谱首次通过多组学结合角度系统揭示了爬行类、鸟类与哺乳类大脑细胞类型的保守性与多样性演化规律。
研究发现，鸟类与哺乳类在端脑兴奋性神经元中呈现出显著的基因表达差异。鸟类的兴奋性神经元在全脑范围普遍表达SLC17A6基因；哺乳类新皮层神经元特异性表达它的同源基因SLC17A7，其他脑区则保留SLC17A6的表达；龟类大脑大部分区域则同时表达这两个基因。以上结果暗示SLC17A7可能在鸟类演化过程中发生功能丢失。
那么，这些大脑细胞类型的差异是如何产生的？研究团队创新性地将基因家族序列的“演化史”和单细胞类群的表达情况结合起来分析。他们发现，有20%至35%在不同物种间表现各异的神经元基因，可以追溯到羊膜动物祖先时期发生的一些基因“复制粘贴”事件——基因家族扩增与复制。
该研究通过跨物种单细胞与空间多组学整合分析，首次在时空维度解析了羊膜动物脑细胞类型的演化轨迹。团队优化开发的熵优化单细胞图谱比对模型，突破了远缘物种细胞类型映射的技术瓶颈，精准识别了爬行类、鸟类与哺乳类间同源和分化的细胞亚型。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.devcel.2025.04.014
