地球上所有的脊椎动物，从小鱼、蜥蜴到小鼠、人类，都拥有分化完整的大脑；而介于无脊椎动物和脊椎动物之间的人类“远亲”文昌鱼，只有简单的神经管，没有成形大脑。是什么拉开了脊椎动物与其他生物之间的智力差距？近日，厦门大学生命科学学院教授李光团队联合牛津大学生物系团队在《自然》发表成果，揭示了发生在远古时期的全基因组复制事件，对促成脊椎动物大脑细胞类型多样化起到的关键塑造作用。
发生在5亿年前的全基因组复制，是生物全套遗传物质一次性完整加倍的演化事件，被认为是推动脊椎动物器官结构创新和复杂化的关键诱因。复制产生的冗余基因为新细胞、新组织的演化提供了遗传储备，但这一进程如何催生多样脑细胞、构建复杂脑部结构，始终是悬而未决的演化谜题。
为找到答案，研究团队选取了演化链条上的5个代表性物种，即脊索动物文昌鱼、现存最古老的脊椎动物七鳃鳗、爬行动物蜥蜴、哺乳动物小鼠，以及人类，并对文昌鱼与这几种脊椎动物的大脑细胞类型开展了系统性比较分析。结果显示，在脊椎动物内部，很多细胞类型家族共享保守的核心转录因子，但文昌鱼和早期脊椎动物之间，不存在一一对应的同源细胞类型。这意味着，脊椎动物丰富而多样的脑细胞并不是从文昌鱼身上继承而来的，而是脊椎动物诞生后，集中爆发演化出的全新细胞类型。
同时，科研团队针对脊椎动物演化早期全基因组复制留存的成对基因开展系统分析。研究团队发现，这些复制基因会各自演化出专属功能，进而分化生成大脑内多种胶质细胞。尤其是在星形胶质细胞、室管膜细胞、少突胶质细胞这类宏胶质细胞的演化过程中，复制基因发挥了关键作用，直接推动了早期脊椎动物大脑细胞走向多样化。
研究人员还发现，全基因组复制事件的影响并非仅停留在脊椎动物诞生初期，在此后数亿年的演化历程中，基因组复制留存的拷贝基因持续推动羊膜动物、哺乳动物演化出种类更精细的小脑细胞亚型，深远影响脊椎动物大脑的演化进程。