长期以来，人们已知鱿鱼的头部和腕足上分布着成簇的微观感觉细胞，这些结构与人耳深处埋藏的毛细胞惊人地相似。而凯斯西储大学的研究人员如今发现，这些细胞根本不仅限于上述区域。根据发表在最新一期《当代生物学》上的一项研究，鱿鱼体内这类细胞的数量多出数百个，遍布其整个体表。
这项工作首次完成了对鱿鱼侧线的全身绘制——侧线是由毛细胞构成的感觉阵列——它可能为科学家探索人类听觉的工作原理及其失效机制提供新途径。
覆盖全身的感觉系统
毛细胞是一类特化细胞，其顶部有由微小毛发状突起组成的束状结构。当这些束状结构因运动而发生偏转时，细胞便会作出反应，将机械推力转化为生物信号。这一基本机制构成了动物界广泛感觉能力的基础，在人类身上，它也是我们所感知的每一个声音的起点。
在鱿鱼中，这些细胞此前已被记录存在于头部和腕足上。凯斯西储大学团队发现，同一类型的细胞也分布在体表，使已知的细胞总数增加了数百个。研究团队负责人、凯斯西储大学医学院副教授Brian McDermott表示，鱿鱼是头足类动物，其体表拥有多样化的毛细胞群体。他说，这一群体不仅可能有助于了解这些动物如何探测水流以求生存，还可能为了解人类听觉和耳聋的发生机制提供洞见。
这是首次对鱿鱼侧线进行三维绘制，它重新定位了一种通常因神经系统和伪装能力而被研究的动物，使其也成为感觉生物学的潜在模型。
在不破坏整体的情况下成像全身
要找到这些细胞，需要一种能够穿透组织而不将其撕裂的技术。团队依靠的是光片显微镜，这是一种先进的成像方法，利用激光形成一层薄薄的光片。它并非一次性照亮整个样本，而是每次只照亮一个平面，由此得到的一系列图像可以组装成精细的三维重建图。
由于任何时刻只有一小片组织暴露在光下，这种方法还能最大限度地减少对样本的损伤，当目标是对整个生物体的精细结构进行全面调查而非仅针对某一解剖区域时，这是一项关键优势。一项需要从头到尾编目细胞的研究，若采用会逐步降解组织的方法，将很难完成。
部分研究是在马萨诸塞州伍兹霍尔的海洋生物实验室进行的，属于一个为期三年、聚焦鱿鱼如何听觉的研究金项目的一部分。MBL成像服务副主任、成像学者Carsten Wolff与凯斯西储大学团队合作。团队还包括该校的研究生和本科生。
隐藏在人耳中的毛细胞
与人类听觉的类比并非随意之举。当声音振动进入耳朵时，它们会传到耳蜗——内耳中一个蜗牛形状的器官，其内壁排列着数千个毛细胞。每个毛细胞都带有一束微小的毛发状结构，对传入的振动作出反应，触发大脑解读为声音的信号。
这些人类细胞位于颅骨深处，被骨组织包裹，难以触及。而凯斯西储大学团队成像的鱿鱼细胞位于体外，遍布动物体表，清晰可见。这种对比正是该研究前景的核心所在：研究人员认为，这一发现可能为人类如何运用听觉以及如何丧失听觉打开一扇前所未有的窗口。一种在一个物种中难以看到的细胞类型，在另一个物种中却一览无余。
为何一种海洋动物对听力研究意义重大
对鱿鱼而言，毛细胞是一种生存工具。侧线阵列能探测水流运动，帮助这些动物在海洋中穿行、寻找猎物和躲避威胁时感知周围环境。由于这些阵列遍布体表，人们能够以人类内耳无法实现的方式对其进行调查和研究。
正是这种可及性，使这一发现的意义远远超出海洋生物学。通过绘制细胞的分布位置及其如何组织成阵列，研究人员获得了一个参照系统，用以探究毛细胞束如何形成、它们彼此之间如何排列，以及当这些结构遭到破坏时会发生什么。这些问题恰恰处于鱿鱼研究旨在推动的工作核心：理解人类听觉和耳聋是如何发生的。
- 该研究记录了鱿鱼全身表面的毛细胞，而不仅限于头部和腕足。
- 它首次完整绘制了鱿鱼侧线——即这些细胞形成的阵列。
- 光片显微镜通过逐平面进行三维成像，使全身调查成为可能。
- 该团队明确的目标是以鱿鱼为窗口，研究人类听觉和耳聋。
未解问题与后续步骤
全身分布图提出的问题与它回答的问题一样多。新发现的体表细胞在鱿鱼日常生活中如何发挥作用，以及它们与头部和腕足上更密集的阵列有何关系，仍有待研究。支持这项工作的三年研究金项目正是为研究鱿鱼如何听觉而设计，因此这次成像调查很可能成为后续功能研究的基础。
这一模式适用范围有多广也仍待解答。该团队的发现仅针对鱿鱼，要将其转化为关于头足类毛细胞组织的一般性原则，还需要对其他物种进行类似调查。不过，这里使用的方法使此类比较比以往可行得多。
目前，这项研究的贡献在于结构层面：对一种身体构造使这些感觉细胞异常显眼的动物，详细、三维地记录了这些细胞的位置。这种可见性是否能转化为关于人类听觉的答案，将取决于研究人员接下来了解到什么，但这一发现为他们提供了远超任何人预期的大量细胞可供研究。
本文基于Phys.org的报道。阅读原文。
Originally published on phys.org