鸟、龟和猴的大脑有啥区别？华大等机构揭秘动物3.2亿年“大脑进化赛”

当人们提到高智商动物时，通常会想到灵长类，比如猴子、猩猩等。其实，鸽子或麻雀等鸟类，也展现出了媲美灵长类的工具使用和社会认知能力。5月13日，华大生命科学研究院联合中国科学院深圳先进技术研究院、郑州大学生命科学学院、中国科学院脑科学与智能技术卓越中心等机构发布了一项论文成果，揭开了鸟类、哺乳类、龟类的大脑神经元在过去3.2亿年里演化的秘密。相关成果发表于国际学术期刊《发育细胞》（Developmental Cell）。

论文成果截图。图源：Developmental Cell

3.2亿年前，当脊椎动物第一次离开水域来到陆地生活时，它们面对的是全新的挑战：如何适应陆地环境，以及在陆地上找到食物、躲避危险、寻找伴侣。为了解决这些问题，动物们不得不重构脑的结构、神经元组成和功能。从此，大脑的进化进入了快车道。

爬行动物、鸟类和哺乳类等在这个过程中摸索出不同的生存智慧。哺乳类用六层新皮层构建起高级认知的结构基础，鸟类虽然没有类似结构，却靠着更密集的神经元和特殊的核团组织，拥有了媲美灵长类的工具使用和社会认知能力。

基因组如何通过分子层面的影响，在迥异的解剖结构下演化出相似的复杂功能？在本研究中，研究团队利用华大自主研发的超高通量测序平台DNBSEQ-T10、单细胞测序平台DNBelab C4和时空组学技术Stereo-seq，对中华软壳龟、斑胸草雀、鸽子的端脑和小脑进行测序分析，并与已公开的小鼠、猕猴全脑图谱数据进行整合，构建了羊膜类五个代表物种共130万个细胞的跨物种单细胞图谱。该图谱首次通过多组学结合角度系统揭示了爬行类、鸟类与哺乳类大脑细胞类型的保守性与多样性演化规律。

研究发现，鸟类与哺乳类在端脑兴奋性神经元中呈现出显著的基因表达差异。在进一步的分析中，研究团队找到了鸟类高密度神经元中谷氨酸递质释放的特异性的线索。

文章主体结果与核心发现。图源：Developmental Cell

值得注意的是，在本项研究中，团队首次在鸟类小脑中鉴定出SVIL+浦肯野细胞亚型，该亚型富集与学习记忆和昼夜节律调控相关的通路基因，并表达大量正选择的基因。这意味着，鸟类小脑可能通过基因演化逐步适应飞行等行为。这些发现为理解小脑功能在物种适应性进化中的特异性演化模式提供了关键证据。

华大生命科学研究院刘石平研究员、徐讯研究员，中国科学院深圳先进技术研究院Robert K. Naumann研究员，郑州大学王振龙教授，中国科学院脑科学与智能技术卓越中心徐春研究员为共同通讯作者。华大生命科学研究院陈铎元副研究员、庄镇堃博士、研究生黄韵琪，郑州大学研究生黄茂林为本文共同第一作者。该研究获国家重点研发计划、介观脑图谱国际联盟等专项支持。

编辑 秦涵 审读 郭建华 二审 李怡天 三审 万晖