探秘棘皮动物的新成果
（一）海参种类及防御行为探秘的新信息
1．探索海参种类的新进展
在卡罗琳海山采集到巨型海参等生物样品。[115]2017年8月15日，新华社报道，我国科考船“科学”号当天继续在西太平洋卡罗琳海山开展科学考察，其搭载的“发现”号遥控无人潜水器当天下潜深度约1000米，随后从卡罗琳海山的东麓开始往上爬。经过8个多小时的作业，它采集到30多只海参、海葵、珊瑚、蛇尾、海绵等生物样品，以及沉积物样品和水样等。
据科考队员介绍，卡罗琳海山的东麓非常陡峭，有些坡度达到了70度至80度。“发现”号探测区域基本被岩石覆盖，有少量生物生活在这一区域。
“发现”号采样篮内有一只黑色巨型海参特别显眼，它直径约10厘米、长约60厘米。科考队员说，这只海参是在水下100多米的地方采集到的，这里水温较高，营养盐丰富，环境非常适宜海参生长。
“发现”号还在陡峭的山壁上采集到4只海葵。其中3只海葵非常相似，都是黄色的身体，上面有红色的斑点，另一只较大的海葵则是红色的身体。科考队员希望从中可以发现新的海葵种类。海葵是一种长在水中的食肉动物，构造非常简单，身体上没有中枢信息处理部分，也就是说，它连最低级的大脑基础也不具备。
2．探索海参防御行为的新进展
破解海参特有的敌害防御机制。[116] 2023年4月，中国科学院南海海洋研究所胡超群研究员领导的一个研究团队，在美国《国家科学院学报》上发表论文称，他们在海参敌害防御机制研究方面取得了突破性进展，成功破解了海参“吐丝”之谜。
这项研究，揭示了玉足海参居维氏器防御敌害的物质基础、感知过程与喷射机制。“吐丝”是许多热带海参遭到敌害威胁时，从肛门处喷出丝状小管并黏附缠绕捕食者的一种防御机制。海参喷出的小管被称为“居维氏器”，最早由法国古生物学家乔治·居维叶在1831年首次描述并以其名字命名。然而，190多年以来，居维氏器的成分及其黏性产生的机制，一直是未解之谜。
该研究团队以一种居维氏器发达的玉足海参为研究对象，它们广泛分布于印度-西太平洋热带海域。研究人员发现，玉足海参的居维氏器在黏附和缠绕敌害时，其外层间皮层和中层结缔组织层，分别提供黏性和韧性的作用。
通过染色体级的高精度基因组测序，发现居维氏器外层的黏性蛋白具有长串联重复序列，与蜘蛛和家蚕的丝蛋白类似。该类蛋白的结构为交叉-β结构，与人类阿尔茨海默病、帕金森病等疾病的致病性淀粉样蛋白相似。
研究结果表明，玉足海参利用瞬时受体电位通道，感受捕食者施加的机械压力，并通过释放乙酰胆碱信号刺激居维氏器排出。在进化过程中，玉足海参基因组的3号和12号染色体集中形成了多个新基因，这些新基因使得居维氏器能够接收乙酰胆碱信号，并生成淀粉样黏性蛋白。这项发现阐释了海参“吐丝”的御敌行为机制，在研发提高人工增养殖海参适应能力的技术方面具有重大潜在应用价值，也为新型仿生水下黏合材料的研发提供新思路。
（二）海星身体结构及移动行为探秘的新信息
1．探索海星身体结构的新发现
发现海星的整个身体就是其头部。[117]2023年11月1日，美国斯坦福大学领导组建的一个联合研究团队，在《自然》杂志上发表论文称，他们研究表明，海星和其他棘皮动物的身体，其实是它们的头部。这一发现，揭示了一个长期以来的谜团：这些生物是如何进化出独特的星形身体的。
包括海星、海胆和沙钱等在内的棘皮动物，具有独特的“五重对称”身体结构，也就是其身体部位排列成五个相等的部分。这与它们的双侧对称祖先非常不同，它们的祖先是左侧和右侧彼此镜像对称，就像人类和许多其他动物一样。
在这项研究中，科学家把海星的分子标记，与其他后口动物进行比较。后口动物是一个更广泛的动物群体，包括棘皮动物和双侧对称动物，它们其实拥有共同的祖先。
一组研究人员使用各种高科技分子和基因组技术，来了解海星发育和生长过程中不同基因的表达位置，并使用微型CT扫描到了以前未知的细节。
另一组研究人员则利用“RNA断层扫描”和“原位杂交”技术，创建海星基因表达的三维图谱，绘制出控制外胚层（包括神经系统和皮肤）发育的基因表达图谱，这可揭示后口动物体内从前到后的图案。
研究团队发现，这种图案与海星臂的中线到横向轴相关。海星臂的中线代表前部，最外侧的横向部分更像后部。在后口动物中，有一组独特的基因在躯干的外胚层中表达；但在海星中，许多基因在外胚层中根本不表达。
研究人员解释说，把海星的基因表达与脊椎动物等其他动物进行比较时，意外地发现海星身体结构的一个关键部分缺失了。在海星的身体中，通常与动物躯干相关的基因不在外胚层中表达，因此它的整个身体结构看起来，大致相当于其他动物的头部。
这表明，海星和其他棘皮动物通过“抛弃”其双侧对称祖先的躯干部分，进化出“五重对称”结构，这也让它们的移动和进食方式，都与双侧对称的动物不同。
2．探索海星移动行为的新发现
发现海星靠弹跳加速前行速度。[118] 2019年1月8日，有关媒体报道，在美国佛罗里达州近日举行的综合与比较生物学会年会上，有个研究小组报告称，他们研究发现，与人类靠拔腿狂奔来加快速度不同，海星靠的是弹跳。
有的研究人员曾认为，海星这种海洋无脊椎动物，只是沿着岩石和海底爬行。但如今，该研究小组发现，至少5种海星在受到惊吓或者饥饿时会弹跳起来，且这一行为广泛存在。
研究表明，海星依靠许多从身体下面伸出来的微小液压“脚”行动，但从来不会非常迅速地移动，其弹跳行为类似于一个行动缓慢的人全速冲刺。通常，流体会随机填充和清空海星的脚，以便使其向前滑动。
海星弹跳时，所有的脚会同步进行，每次有1/3的脚填满流体，剩下的则向前挥动。被研究的首只海星，称作馒头海星，其行动有些迟缓。它的脚在两次弹跳之间几乎完全是空的，导致跌落下来，但因此获得更多能量来弹跳。而另一只称作砂海星的，脚更加僵硬，每次恢复得更快且弹跳更迅速。砂海星比馒头海星的速度快5倍。
即便砂海星无法足够迅速地弹跳从而远离饥饿的鱼，但它仍可能摆脱捕食的蜗牛或者同类相食的海星，抑或追上行动缓慢的蛤蚌美餐一顿。
（三）海蛇尾种类及观察行为探秘的新信息
1．探索海蛇尾种类的新进展
发现多个深海蛇尾新物种及新记录种。[119] 2022年7月，有关媒体报道，近日，中国科学院深海科学与工程研究所张海滨研究员负责的研究团队，在南海及西北太平洋海域发现多个深海蛇尾新物种及新记录种，相关三篇研究论文，分别发表在《动物检索》《欧洲分类学杂志》等刊物上。
蛇尾是棘皮动物中种类最多的类群，约有2100个已知种，在全世界海洋中广泛分布，多栖息于海底，也有些种类附着在珊瑚、海绵上，是海洋底栖生物的主要类群之一。相比于浅海，由于受到深海采样与观测技术的限制，人们对深海物种的认识仍十分有限，这影响了对深海生物多样性水平的评估。
研究人员对2016～2021年通过“深海勇士”号载人深潜器，在南海、西北太平洋等海域采集的深海蛇尾样品，进行了形态学和分子系统学研究，鉴定出4个目、7个科、15个属的共36种深海蛇尾。
其中包括7个新物种，研究人员分别对其进行了描述和命名（两个新物种以“深海勇士”号命名），有15个物种在南海或西北太平洋海域属于首次被发现（新记录种），为进一步理解南海和西北太平洋的深海蛇尾生物多样性提供了重要数据。
此外，研究人员还对棘蛇尾和蔓蛇尾等几个主要蛇尾类群的分类学形态特征，进行了比较分析，为这些类群中深海蛇尾的分类和形态鉴定工作提供了科学依据。
2．探索海蛇尾观察行为的新发现
发现无眼海蛇尾靠感光细胞观察周围环境。[120] 2018年1月，英国牛津大学神经生物学家萨姆纳·鲁尼主持的一个研究团队，在英国《皇家学会学报B》发表的论文显示，海星的近亲海蛇尾能审视海底，这靠的是散布在皮肤上的感光细胞，而非利用像眼睛一样的结构。这项研究成果，颠覆了长期存在的关于海蛇尾如何看见周围环境的假设。
尽管海蛇尾没有大脑，但这种居住在礁石上的动物，拥有5个连接到中央圆盘的腕，能探测到光线并且远离它。裹在一层薄薄皮肤中的海蛇尾骨架，被覆盖在串珠状晶体结构中。科学家曾认为，这种晶体结构作为一个大的复眼共同发挥作用。通过把光线聚焦到被认为在这些“微透镜”下面运行的神经束上，这种排列使海蛇尾得以形成图像。
不过，当该研究团队更加仔细地研究了海蛇尾的骨骼后，他们意识到微小的晶体结构可能同视觉并无关联。美国洛杉矶自然历史博物馆动物学家戈登·亨德尔表示：“这项最新研究，提供了同此前解释相矛盾的强有力的证据。”亨德尔是最早提出海蛇尾拥有复眼这一观点的科学家之一。
此前研究证实，海蛇尾能对视觉线索作出反应。鲁尼表示：“它们不仅会远离光线，还会辨认出约14厘米外的黑暗阴影，并且非常迅速地向那里移动。”
当该研究团队仔细查看海蛇尾的身体时，他们发现神经束在晶体结构的中间而非底下运行。这同此前的预期相反。鲁尼介绍说，考虑到晶体结构的位置，海蛇尾不可能像此前认为的那样，将光线聚焦到神经束上。
更重要的是，研究人员在覆盖海蛇尾腕骨架的皮肤中发现了大量挤满感光分子的细胞，但在类似骨骼的晶体结构底部并未发现此类细胞。鲁尼表示，由于这些感光细胞可同神经束近距离接触，因此它们可能负责探测视觉线索，并且沿着这些神经发送信号。
不过，耶鲁大学进化生物学家伊丽莎白·克拉克表示，至于这些神经到底如何作出反应，目前仍不明确，一个更重要的问题是海蛇尾能否分辨形状。鲁尼介绍说，正在开展的试验表明，与拥有眼睛的动物类似，它们能分辨形状。
