通过多模态成像获得的海鞘 Halocynthia papillosa 独特解剖结构见解

作为通向我们过去的活窗——海鞘

在地中海的岩礁上，鲜红色的海鞘 Halocynthia papillosa 看起来像一个简单、静止的团块。然而，这种不起眼的动物是我们最亲近的无脊椎近亲之一，在进化谱系上紧邻脊椎动物。了解它的体构可以揭示早期脊索动物的构造以及今日海洋生物如何应对变化的海洋环境。本研究利用一套现代成像方法，从磁共振成像到高能 X 射线显微镜，揭示了海鞘外衣、神经和摄食触手中的隐藏结构。

窥视栖息礁石的滤食器内部

研究者并未仅依赖薄片切片，而是将多种观察手段结合用于同一批标本。常规光学显微镜与一种称为 Thunder 显微成像的技术为整只海鞘及其组织提供了清晰的二维概览。类似于医院扫描的磁共振成像（MRI）生成了整个个体的三维视图，能清楚区分坚韧的外衣与柔软的内部身体结构。基于同步辐射的高通量断层成像（HiTT）补充了极细的 X 射线细节，而共焦显微镜则捕捉到某些组织在不加染料时的天然荧光。综合这些方法，研究团队得以从整体尺度放大到仅几微米的结构。

意想不到的发光棘甲

Halocynthia papillosa 的外衣或称外套，比单纯的皮肤复杂得多。在这一外衣内部，科学家观察到层叠的纤维素片层——这正是植物细胞壁的基本成分。靠近表面的这些层呈螺旋状压陷，支撑着圆锥形的棘刺，形成一种三维支架。这些棘刺被一层角质层覆盖，在蓝绿光下会强烈自发荧光。在放松状态下，发光斑块被暗色间隙分隔；但当动物收缩时，棘刺会移动并互相重叠，在表面形成近乎连续的荧光屏蔽。光谱测量显示，收缩个体反射更多光，尤其是在体侧色彩更强的一侧，这提示由肌肉驱动的形状与色素暴露变化可能会改变动物在礁石背景下的视觉外观。

隐匿的神经索与令人困惑的大脑结构

在内部，团队重点研究连接两个输水管（虹吸）的中央神经索。在许多近缘海鞘中，该神经索会在某处膨大形成类似“大脑”的结节，称为脑神经节。然而在 Halocynthia papillosa 中，即便是高分辨率的 X 射线扫描也未见到明确的增粗结构；相反，一条细长而均匀的神经索在靠近虹吸的两处分岔点之间延伸。该神经索反复分支，然后在每个虹吸周围缠成环状，旁侧有按序排列的肌纤维束。位于口虹吸前方的背结节形成一个带有突起角的胶状漏斗，正好位于其中一个分岔点之上。先前对其他物种的研究表明，这一区域很可能是神经细胞集中之处，但在本种中仅凭形态无法区分，这暗示该种的“脑”可能具有不同的组织方式。

既感知又摄食的羽状触手

围绕口部开口，研究者重建了海鞘的口触手三维结构。这些指状结构形成一圈，面向来水流，并在其下侧具有较小的侧支。触手外侧靠近进水处呈圆形，而朝体内侧则变得更扁平，这种形状可能在导向水流的同时形成连续的感觉边缘。在每个触手内部，HiTT 成像显示出成对的较大管道系统：一条血管和一条神经管。血管整齐地分支进入每个侧支，而相应的神经走行则位于对侧。这种布局支持 Halocynthia papillosa 拥有较为封闭或半封闭循环系统的观点，并且其触手既是过滤器也是对通过口部物质的敏感感受器。

这些细节为何对礁石与我们重要

通过结合若干尖端成像工具，本研究详尽描绘了一种常见地中海海鞘的构造：从螺旋化且会发光的外甲到异常的中央神经索与精密布线的摄食触手。这些解剖学上的变体表明，即便在近缘海鞘之间，存在的多样性也比少数标准实验室物种所显示的要丰富。由于海鞘在礁石生态系统中参与营养物质流动，并被用作污染、变暖和噪声等环境变化的指示物，了解它们真实的解剖多样性对生态学和环境监测都很重要。同时，作为我们最近的无脊椎近亲之一，Halocynthia papillosa 为理解早期脊索动物的体制——以及其神经系统和防护外套的演化——提供了新的视角。

引用: Hessel, L., Albers, J., Michalek, A. et al. Insights into unique anatomical structures of the ascidian Halocynthia papillosa obtained by multimodal imaging. Commun Biol 9, 557 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-10102-5

关键词: 海鞘解剖, 海洋成像, 海鞘外套, 神经系统, 礁石生态