马萨诸塞州的WOODS HOLE - 哥伦比亚大学和海洋生物学实验室(MBL)的研究人员可能已经完成了世界首创，他们已经绘制了动物在移动和行为时的全身肌肉活动。

他们的研究增加了越来越多的证据表明，许多细胞协同活动 - 在这种情况下，在整个生物体中 - 产生新的功能和行为特性，这些特性在单细胞中不存在。

在本周发表在“当代生物学”杂志上的这项研究中，研究人员观察了九头蛇在弯曲，收缩和伸长其管状体和触须时肌肉活动的模式。

基于他们在Hydra中绘制全身神经活动的先前成功，他们确定了七种不同的肌肉活动模式，并发现个体肌肉细胞可以参与具有不同动力学的多种模式。在Hydra的肌肉和神经系统中，这些模式似乎是从许多细胞协调工作中产生的。

“我们发现的激活模式不是由特定的专用细胞实现的，而是取决于整个肌肉组织的特性，以及细胞之间的相互联系，”第一作者，前MBL惠特曼中心研究员John Szymanski说。

根据哥伦比亚大学的资深作者拉斐尔·尤斯特(Rafael Yuste)的说法，该研究自2017年以来一直领导MBL的水润实验室作为惠特曼研究员，这项研究使研究人员更接近“打破神经代码”并理解刺激与神经之间的关系。响应。

“我们现在准备做一项艰苦的工作，即将神经元，肌肉和行为的活动联系起来，并破译神经代码，”Yuste说，“完全解释神经系统如何创造行为，至少在一只动物身上“。

Hydra是淡水生物，长度只有几毫米，属于刺胞动物门，其中还包括水母和珊瑚。大约7.5亿年前，Cnidarians从他们的双边同行中分离出来，并且维持了比现今许多模式生物更简单的身体计划和神经系统。

它们的管状体由两层肌肉组成，每层肌肉由不同的细胞类型组成，并由两个神经网络分开。肌肉细胞通过在蛋白质纤维上施加力而产生运动，所述蛋白质纤维在一个肌肉层中纵向(从口腔到管脚的基部)延伸，并且在另一层中沿周向(围绕水平轴)延伸。当拉动纵向纤维时，体柱变短并变胖;当拉动圆周的时候，它会变得很长而且很脆弱。

鉴于肌肉纤维彼此垂直，长期以来认为它们具有相反的作用，并且两层肌肉细胞不能被激活并同时拉动它们各自的纤维。虽然这两种组织确实有时独立工作，但研究人员发现，在某些情况下，如纵向收缩，两层肌肉都是活跃的 - 可能让动物排出不断流入细胞的水流。

每个单独的细胞似乎也提供多种功能，并参与多种激活模式。没有一个细胞致力于单一运动。根据Szymanski的说法，这种多功能性是有道理的，因为Hydra具有有限数量的细胞和细胞类型。肌肉细胞“做几乎所有事情”，并承担在大多数其他动物中外包给其他组织的角色。

事实上，神经网似乎在运动中起着相对有限的作用。神经元最初可以触发活动，但是传播模式由肌肉细胞本身一致地组织。

“看到一种可以通过肌肉组织自我组织的基本活动模式运作的动物，可以更容易地想象出神经前动物的样子，”Szymanski说，“并提供了对早期进化的一瞥。神经系统。“