خارپوستان ممکن است فقط به شکل یک توپ تیغ دار به نظر برسند که در داخل آب منتظر پا گذاشتن هستند، اما این موجودات خارپشت مانند، تنها از تیغ و دندان تشکیل نشده اند.
تحقیقات جدید نشان می دهد که سیستم عصبی خارپوستان بسیار پیچیده تر از آن چیزی است که قبلاً می دانستیم. این موجودات در واقع دارای «مغز تمام بدن» هستند و از نظر آرایش ژنتیکی شباهت قابل توجهی به انسان ها دارند.
یک تیم از دانشمندان به رهبری زیست شناس تکاملی پریکلیس پاگانوس از Stazione Zoologica Anton Dohrn در ایتالیا، این کشف را هنگام بررسی تحول متامورفوز در خارپوستان بنفش (Paracentrotus lividus) انجام دادند. این موجودات از لاروی شناگر و پلانکتونی به شکل بالغ تیغ دار تبدیل می شوند.
بلوغ خارپوستان بسیار چشمگیرتر از پروانه هاست و در این فرآیند برخی از بنیادی ترین مرزهای تکامل حیوانات را می شکنند.
به عنوان لاروی، آن ها از تقارن دوطرفه استفاده می کنند که شامل دو نیمه تقریباً آینه ای است. اما با تبدیل شدن به بالغ، خارپوستان شکلی شبیه به عروس دریایی و ستاره دریایی به خود می گیرند که به آن تقارن شعاعی می گویند و شامل پنج بخش آینه ای از مرکز است.
در این مرحله جوان بالغ، مجموعه ای چشمگیر از انواع سلول های عصبی شکل می گیرد که یک سیستم یکپارچه در سراسر بدن خارپستان ایجاد می کند. این ها اعصاب نیستند که از مغز منشعب شده باشند، بلکه به طور واقعی همان مغز موجود هستند.
محققان با ایجاد یک اطلس سلولی از خارپستان بالغ، نشان دادند که کدام ژن ها در کدام سلول ها فعال هستند. تحلیل آن ها نشان داد که در حالی که بسیاری از سلول های بدنی مشابه قبل و بعد از تحول ژن های مشابهی فعال می کردند، سلول های عصبی تغییرات قابل توجهی را تجربه کردند.
تکنیک های برچسب گذاری و رنگ آمیزی مولکولی به محققان کمک کرد تا فعال بودن ژن ها در بخش های مختلف بدن را شناسایی کنند.
محققان گزارش دادند: «با وجود اینکه از همان جعبه ابزار ژنتیکی برای تولید نورون ها استفاده می شود، نتایج برنامه نورون زایی در دو مرحله زندگی به طور قابل توجهی متفاوت است.»
تنوع نورون ها در خارپوستان جوان بالغ، ایده ساده بودن سیستم عصبی خارپوستان را که تنها به دلیل نداشتن مغز متمرکز مطرح شده بود، به طور بنیادی تغییر می دهد.
بیش از نیمی از خوشه های سلولی در اطلس سلولی جوانان از نورون ها تشکیل شده بود که انواع گسترده ای از امضاهای مولکولی مانند دوپامین، سروتونین، GABA، گلوتامات، هیستامین و نوروپپتیدها را بیان می کردند.
به گفته محققان، این نشان می دهد که سیستم عصبی خارپوستان بنفش بسیار پیشرفته تر از یک شبکه عصبی غیرمتمرکز است، که تنها یک شبکه متصل از نورون ها و گانگلی ها محسوب می شود.
در واقع، محققان این سیستم عصبی را «تمام مغز» توصیف کرده اند، نه «بی مغز»، به طوری که کل بدن شبیه سر مهره داران با نورون های پیچیده است.
جک اولریش-لوتِر، زیست شناس تکاملی از موزه تاریخ طبیعی برلین می گوید: «نتایج ما نشان می دهد که حیوانات بدون سیستم عصبی مرکزی متداول نیز می توانند سازمان دهی شبیه مغز داشته باشند.»
«این یافته به طور بنیادی نحوه تفکر ما درباره تکامل سیستم های عصبی پیچیده را تغییر می دهد.»