科技日报记者 张梦然
为什么共享同一套DNA蓝图，一个细胞变成了能发出信号的神经元，而其邻居却变成了会收缩的肌肉细胞？这是生物学中一个迷人的核心问题。科学家认为，秘密不在于基因本身，而在于细胞如何“阅读”这本生命指令书——选择性打开基因组的不同章节。掌管阅读权限的，是一类名为“调控元件”的基因开关。
然而，我们对这些开关运作细节的了解，大多来自像小鼠和果蝇这样的“现代居民”。现在，科学家们将目光投向了地球生命的古老家族成员海葵，并首次成功绘制了它的细胞基因调控“地图”。这项研究犹如打开了一扇窥视5亿年前生命世界的窗口，因为海葵及其亲属（水母、珊瑚）所属的刺胞动物，正是地球上最早出现的动物群体之一。
这份发表于《自然·生态与进化》期刊的图谱，其精妙之处在于，它不再仅仅记录细胞正在使用哪些基因，而是揭示了构建和定义每一种细胞身份的“幕后指令系统”——那些调控元件是如何协同工作的。这为我们理解细胞类型提供了全新视角。
一个有趣的发现是：如果按细胞的功能（激活的基因）来分类，我们能看到它们当前的角色；但如果按控制它们的调控开关来分组，竟能追溯细胞的“家族出身”和“成长经历”，揭示它们最初源自哪个胚胎胚层。
科学家为此提供了一个生动的例子：他们发现两种海葵的肌肉细胞，看起来相似，工作方式相同，使用的核心基因也几乎一样。然而图谱显示，它们其实出身于不同的胚胎层，指挥它们工作的那套“基因开关”也完全不同。这就像两个功能相同的部件，却是由两套不同的设计图纸打造而成。
像海葵这种刺胞动物，是动物界最早拥有神经元和肌肉的“先锋”。从进化角度看，基因调控网络就像一套充满创造性的乐高组合工具：无需发明新“积木”，只需重新组合“积木”的搭建方式，就能创造出新的细胞类型。这项研究，正是为了解开像刺细胞这种独特装备最初是如何被“发明”出来的谜题。
解谜的过程并不容易。科学家这次分析了海葵高达6万个细胞，并从中解码了11.2万个调控元件。一个令科学家惊讶的细节是：海葵的基因组大小约为2.69亿个DNA字母，其复杂的调控元件数量接近果蝇（基因组约1.8亿字母）的水平，而果蝇在进化史上晚了数亿年才出现。
这也意味着，让复杂动物得以存在的基因调控工具包，在动物身体结构真正变得复杂之前很久，就已经在古老的海洋中准备就绪了。今天驱动我们思考、运动的生命规则，其雏形早已蕴藏在5亿年前那些随波逐流的海葵祖先体内。
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