Karthik Shekhar 和他的同事们从波士顿屠夫那里收集牛和猪的眼睛时，引起了一些人的注意，但这些眼睛——最终来自包括人类在内的 17 个不同物种——为脊椎动物视网膜的进化提供了见解，并可能导致更好的动物模型对于人类的眼部疾病。

视网膜是一台微型计算机，包含多种类型的细胞，这些细胞在将视觉信息传输到大脑的其他部分之前共同处理视觉信息。在对动物视网膜中多种细胞类型的比较分析中(正如 Shekhar 之前的研究所示，仅小鼠的视网膜中就有 130 种细胞类型)研究人员得出结论，大多数细胞类型都具有古老的进化历史。这些细胞类型在分子水平上存在差异，为了解它们的功能以及它们如何参与构建我们的视觉世界提供了线索。

它们在不同物种间的显着保守性表明，大约 2 亿年前在地球上漫游的所有哺乳动物最后一个共同祖先的视网膜的复杂性一定可以与现代哺乳动物的视网膜相媲美。事实上，有明确的迹象表明，其中一些细胞类型可以追溯到 4 亿多年前，是所有脊椎动物(即哺乳动物、爬行动物、鸟类和有颌鱼类)的共同祖先。

研究结果将于 12 月 13 日发表在《自然》杂志上Nature，作为报告 BRAIN 最新结果的 10 篇论文的一部分倡议细胞普查网络致力于创建成年小鼠大脑的细胞类型图谱。第一作者是加州大学伯克利分校 Shekhar 团队的化学和生物分子工程研究生 Joshua Hahn。这项工作是与哈佛大学 Joshua Sanes 团队平等合作的结果。

这一发现令人惊讶，因为脊椎动物的视力因物种而异。鱼需要在水下看东西，老鼠和猫需要良好的夜视能力，猴子和人类为了狩猎和觅食而进化出非常敏锐的白天视力。有些动物看到鲜艳的色彩，而另一些动物则满足于看到黑白的世界。

然而，研究人员得出结论，许多脊椎动物物种共享多种细胞类型，这表明定义这些类型的基因表达程序可能可以追溯到有颌脊椎动物的共同祖先。

例如，研究小组发现，一种细胞类型——“侏儒”视网膜神经节细胞——负责我们看到细节的能力，它并不像人们认为的那样是灵长类动物所独有的。通过使用统计推断方法分析大规模基因表达数据，研究人员发现了所有其他哺乳动物中侏儒细胞的进化对应物，尽管这些对应物的比例要小得多。

“我们所看到的是，一些被认为是灵长类动物独有的东西显然并不是独一无二的。它是一种可能非常古老的细胞类型的改造版本，”加州大学伯克利分校化学和生物分子工程助理教授谢卡尔说。 “早期脊椎动物的视网膜可能非常复杂，但从那时起，所有的物种都使用、扩展、重新利用或翻新了这些部件清单。”

巧合的是，Shekhar 的一位加州大学伯克利分校同事、验光学院的 Teresa Puthussery 上个月在 Nature 杂志上发表了报道< /span>中的信息来选择有助于识别灵长类动物视网膜组织样本中这种细胞类型的分子标记。< /span>之前论文 另一种被认为在人眼中消失的细胞类型——一种负责凝视稳定的视网膜神经节细胞——仍然存在。 Puthussery 和她的同事利用 Shekhar 与人合着的

从某种意义上说，这些发现并不完全令人惊讶，因为脊椎动物的眼睛也有类似的计划：光感受器检测到光，将信号传递给双极细胞、水平细胞和无长突细胞，这些细胞又与视网膜神经节细胞连接，然后将结果传递给大脑的视觉皮层。 Shekhar 使用新技术，特别是单细胞基因组学，同时分析视觉系统(从视网膜到视觉皮层)内数千到数万个神经元的分子组成。

由于脊椎动物中已识别的视网膜细胞类型数量差异很大——根据 Shekhar 和他的同事之前的研究，人类大约有 70 种，但小鼠中有 130 种——这些不同细胞类型的起源一直是个谜。

谢卡尔说，这项新研究出现的一种可能性是，随着灵长类动物的大脑变得更加复杂，灵长类动物开始减少对眼睛内信号处理的依赖——这是反射行为的关键，例如对接近的捕食者做出反应——并且更多关于视觉皮层内的分析。因此，人眼中分子上不同的细胞类型明显减少。

“我们的研究表明，人类视网膜可能已经进化到将执行复杂视觉计算的细胞类型替换为基本上只是与大脑传输相对未经处理的视觉世界图像的细胞类型，以便我们可以做更多复杂的事情这样，”谢卡尔说道。 “我们正在为了技巧而放弃速度。”

该团队绘制的各种脊椎动物视网膜细胞类型的新详细图谱可以帮助研究人类眼部疾病。谢卡尔的团队还在研究青光眼的分子特征，青光眼是世界上不可逆失明的主要原因，在美国是继黄斑之后第二大常见的失明原因。