神经生物学里程碑事件

秀丽隐杆线虫神经系统完整连线图问世

这一成就发表在《自然》期刊上

生物学研究中始终存在一个核心问题，那就是【结构】与【功能】的关系

DNA的结构揭示了基因是如何起作用的

蛋白质的结构能解开其功能的秘密（这已成为现代药物设计的基础）

神经系统的结构则能揭示动物的行为以及神经系统疾病的秘密

如今，神经生物学达成一个将永载史册的里程碑，那就是人类第一次完成了对一种动物完整神经系统的全部连线结构的研究，虽然这种动物仅仅由959或1031个细胞构成，之所以会有两个数据，不是因为科学家之间有分歧，而是因为这种动物分为雌雄同体和雄性两类，它们的细胞数量有所差异，它的名字叫秀丽隐杆线虫。

秀丽的意思就是很美，至少最初给它取名字的生物学家认为它很美。

麻雀虽小，五脏俱全这句话用在它身上再合适不过，甚至比麻雀还合适得多。因为和麻雀相比，线虫实在“太简单了”。

可是别看它仅由数百上千个细胞构成，但它却拥有口、咽、肠、性腺和胶原蛋白构成的表皮层，也拥有肌肉（95个细胞）和神经节（数百个神经元）和神经辅助细胞。而且它使用的神经递质在我们的大脑中全都找得到，如：乙酰胆碱、谷氨酸、γ-氨基丁酸、多巴胺和血清素。

多巴胺赋予人类雄心壮志乃至快感，不知秀丽隐杆线虫能否在追猎细菌的过程中感受到我们在吃鸡游戏中坚持到最后的同样感觉。血清素因抑郁症而闻名天下，不知世上可有同样深受抑郁折磨的线虫。

秀丽隐杆线虫分别拥有302个或383个神经元（雄性），两种性别共有294个神经元，雌雄同体有8个专属神经元，而雄性则有89个专属神经元。这些神经元彼此间大约形成了7千多个突触联系，研究发现性别不同，神经元的连线方式乃至连接强度也有所不同，这可能是因为雄性需要掌握开车的技巧，还需要控制开车所需的肌肉[doge]，当然还可能有更多原因。（雌雄同体可以自体受精，也可以和纯雄性线虫交配，大多数时候线虫自体受精）。

秀丽隐杆线虫以细菌为食物，它是我们在这个星球上了解得最深刻的动物，甚至超过大名鼎鼎的果蝇，毕竟果蝇还是太复杂了一些。我们知道它从一个受精卵开始的完整发育过程，因此发现了一个重大秘密，那就是在胚胎发育的过程中，某些细胞只是临时工，它们出现完成历史使命，然后悄悄的消失，这种现象被称为凋亡，而发现这一现象的科学家 John Sulston，最终拿到了一个诺贝尔生物学奖。

虽然他当年去做这个研究，是因为研究灵感枯竭，颇感生无所恋，于是打算做一件简单机械的工作来渡过这段痛苦时光，那就是数数。他决心跟踪他正在研究的秀丽隐杆线虫从受精卵到成虫的完整发育过程，追踪其身体中每一个细胞的来源，排出先后秩序。这项不可思议的工作之所以能够完成，是因为线虫全身透明，而且其发育的过程竟然可以被冰箱暂停！注意是暂停。这意味着，在跟踪计数八小时之后，可以把正在发育中的胚胎，放到冰箱里，然后回家睡觉，隔天上班后，将它从冰箱里拿出来升温，于是胚胎继续发育，这样就可以连续跟踪下去。

虽然，这听起来很简单，但实际上John Sulston花了整整一年的时间才真的完成这项数数的任务，因为实验总有意外，而且在那个低技术年代，纯粹用肉眼跟踪发育过程，也不是易事，或许一走神，就发现完蛋了，突然冒出来两三个细胞，而自己没有看到谁先出来谁后出来，于是就得重来一次了，这项工作在1983年发表，在线虫研究圈内引发轰动，立刻线虫就成为研究多细胞生物胚胎发育最好的模式动物，因为我们能给每一个细胞编上号码！

而当分子生物学家提出彻底分析人类基因组的时候，线虫的基因组在首先被用来试水，它有6条染色体，包含大约一亿对碱基，Sulston在1986年完成了其基因组草图，因这两项成就他入选了英国皇家科学院院士，并最终在2002年获得诺奖。

如今我们利用人类基因组工程中发展出来的技术，完成了数百种重要物种的基因组测序，因此产生了一门新的学科分支——比较基因组学，就像历史上的比较解剖学一样。

秀丽隐杆线虫的基因组中包含20,470个编码蛋白质的基因，而按照现在的估算，构造一个人类，也只需要大约30,000~40,000个编码蛋白质的基因。虽然，早在数亿年前，我们的祖先和秀丽隐杆线虫的祖先彼此分道扬镳，踏上不同的进化之旅，面对各自的命运，但祖先的遗产世代传递，在数亿年之后的今天，我们彼此之间依然共享着大约7000多个基因，占比大约35%，当然这些基因的模样已经有所改变，并非完全一模一样，但岁月只能模糊曾经年轻的面庞却改变不了那颗初心[doge]（基因的功能依然未变）。

Whole-animal connectomes of both Caenorhabditis elegans sexes, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1352-7

图二：线虫的神经元示意图，未显示神经元间的连接