現代大家總是爭論一串串的粽子，是南部粽還是北部粽好吃。一百多年前，早已開始爭論一串串的神經細胞到底是連續的，還是間斷的。十九世紀中後期，高基（Camillo Golgi，高基氏體的高基）與卡哈爾（Santiago Ramón y Cajal，對，又是另一個名人，卡氏間質細胞的卡哈爾）藉由銀染色法研究神經系統的顯微結構。高基認為神經細胞之間互相連通，由連續的細胞質組成；卡哈爾則認為神經組織由不連續的細胞串接而成。七十幾年前，科學家們透過電子顯微鏡發現突觸（synapse），證實卡哈爾的理論。然而，神經科學的（或大多數）研究傾向優先觀察哺乳動物或其他脊椎動物，甚少著墨於非模式生物，留有許多迷霧籠罩。若想完整探究神經系統的演化，勢必需要仔細研究演化樹上的每個分支。
櫛水母動物門，又稱櫛板動物門（Ctenophora），被認為可能是所有動物的最基群（basal group）（註一），擁有表皮下神經網絡（Subepithelial Nerve Net），然而海綿（多孔動物門）、絲盤蟲（扁盤動物門）卻不具神經組織。這暗示，神經組織或許在動物演化的歷史獨立發生過兩次 （圖一），所以，瞭解櫛水母的神經解剖將有望補上部分演化的證據。過去累積了一些光學顯微鏡、電生理學及分子生物學的觀察，但缺乏最直接的細部影像。Science 期刊在今年四月刊出一篇英國與挪威團隊聯手合作的研究，應用電子顯微鏡（serial block face scanning electron microscopy, SBFSEM）重建淡海櫛水母（Mnemiopsis leidyi）的表皮下神經網絡及其周邊細胞。這篇報導有兩個重點：SNN神經細胞（SNN neurite）之間的連結、以及神經細胞與周邊細胞的連結。
圖一：動物的早期親緣關係。
圖片來源：https://doi.org/10.1126/science.ade5645
首先，團隊透過 3D 重建數個淡海櫛水母的 SNN 細胞，發現細胞的突起互相吻合（anastomosed），且並未發現電性突觸或化學性突觸。單就型態而言，SNN 細胞的突起並無軸突與樹突的差異，也缺乏突觸前三角（presynaptic triad），並無顯現極性。若拉近觀察，這些突起長得像珍珠項鍊，膨起部分內含至少兩種囊泡，收束部分幾乎只容得下微管通過 （圖二）。他們注射親脂性螢光染料至雙細胞時期胚胎的其中一個細胞，經過三天發育後，染劑分佈於櫛水母身體半側的體細胞以及全體的 SNN 細胞。以上發現均支持 SNN 神經細胞之間的細胞質互相連通。反觀研究團隊從 SNN 細胞與櫛板細胞（polster cells; 又稱comb cells）之間，找到化學性突觸，櫛板內也可以找到隙型間隙（gap junction）。
圖二：(左) 櫛水母 （Mnemiopsis leidyi）的表皮下神經網絡，含六個細胞。(中上) 一個 SNN 神經細胞的本體。(中下) SNN 神經細胞的突起，可見較透明與較深色的囊泡。(右) SNN神經細胞突起的表面型態。
圖片來源：https://doi.org/10.1126/science.ade5645
接著，兩層表皮之間夾著中膠層神經元（mesogleal neuron）擁有長短不一的突起，延伸至 SNN 細胞的旁邊，但兩者之間也觀察不到任何形式的突觸 （圖三）。電子顯微鏡影像顯示中膠層神經元的突起，卻含透明囊泡，大小類似突觸囊泡（synaptic vesicle）（註二）。
圖三：(A) 櫛水母的神經網絡，含 SNN 神經細胞與中膠層神經元。(B) 中膠層神經元的細胞本體，可見細胞核、粒線體、液胞、透明囊泡，並無深色囊泡。(D、E)：SNN 神經細胞與中膠層神經元之間的連結。
圖片來源：https://doi.org/10.1126/science.ade5645
最後，團隊藉由型態辨識感覺細胞（sensory cells），將其區分為五型，第二、第三型為新發現，第一、四、五型相似於已知的感覺細胞。僅有第四型感覺細胞連接至 SNN 細胞，他們具有一條絲狀偽足（filopodium），使用化學性突觸。第一、二型感覺細胞具有單一感應纖毛（signal cilium），使用化學性突觸分別傳訊給第四型感覺細胞、櫛板細胞。第三型感覺細胞具有多條感應纖毛，使用化學性突觸分別傳訊給中膠層神經元（圖四）。第五型感覺細胞具有多條絲狀偽足，不具備突觸。
圖四：四種感覺細胞與其他細胞的連結。上排圖片當中，黃色標記為粒線體，以代表 synaptic tripartite。
圖片來源：https://doi.org/10.1126/science.ade5645
原本在近百年前塵埃落定的神經結構辯論，如今又浮現新戰場。團隊透過針對淡海櫛水母的觀察推論，神經組織的演化或許在動物演化的歷史獨立發生過兩次，抑或在海綿、絲盤蟲的演化過程丟失兩次。更令人霧煞煞的是，過去曾在刺絲胞動物門的水螅（Velella velella）發現部分連續的神經網絡及隙型間隙 [1]。櫛水母 （M. leidyi）的神經系統具有連續的細胞質（syncytial）也有細胞之間的突觸，如此的形態大拼盤，需要科學家們更謹慎區別哪些是獨立演化的特徵，哪些是顯著改變的衍徵（derived character）。
註一：就早期動物的親緣關係，有兩種理論。傳統認為多孔動物門（海綿）最早與其他動物分支（diverge），此為sponge-first phylogeny。然而，近十五年分子生物學證據支持櫛水母才是跟其他動物最早分家的類群，稱ctenophore-first phylogeny，這篇論文的原作者也先暫時接受此觀點。圖一則未將基部的分支點明確畫出，用三個平行的支序替代。
註二：典型的突觸囊泡在電子顯微鏡下為電子吸收緻密（electron-dense），外觀顯現深色。
Main Article:
Burkhardt, P., Colgren, J., Medhus, A., Digel, L., Naumann, B., Soto-Angel, J. J., … & Kittelmann, M. (2023). Syncytial nerve net in a ctenophore adds insights on the evolution of nervous systems. Science, 380(6642), 293-297. https://doi.org/10.1126/science.ade5645
參考文獻：
1. (hydrozoa: Chondrophora), Journal of Morphology, October 1988. https://doi.org/10.1002/jmor.1051980103
撰文｜王振宇
審稿｜蕭皓文
