如果要给海星戴上⼀顶帽⼦，那么该把帽⼦戴在海星的什么地⽅？这个问题听起来有点⽆厘头，但它实际上涉及到动物学和发育⽣物学领域中的⼀个严肃的问题：海星的头究竟在哪？在⽣活中，⽆论我们是看到⼀条蠕⾍还是⼀条⻥，我们都能轻易地分辨出它们的头在哪、尾在哪。然⽽，对于拥有五只相同“⼿臂”，可以⽤其中任何⼀只“⼿臂”推动⾃身在海床上移动的海星，其头部结构却困扰了博物学家⼏个世纪。
2023年11⽉1⽇，⼀项新发表于《⾃然》杂志的新研究给出了⼀个令⼈意想不到的答案：海星虽然没有⼀个具体的头，却拥有类似头部的区域，分布在身体的中⼼，以及它每条⼿臂的中⼼。海星跟海胆或海参⼀样，都属于棘⽪动物。在幼年时期，海星以浮游⽣物的形式漂浮在海洋中。在成⻓过程中，它们会沉降到海底，上演⼀场成⻓魔术——从幼年时期的两侧对称，转变成被称为五辐射对称的五⻆星形的成年的形体构型。
这是种不寻常的形体构型。我们所知道的绝⼤部分动物都是两侧对称的。在过去的研究中，科学家已经证实，动物的两侧对称形体构型源⾃于⼀系列分⼦开关的作⽤，这些开关由基因编码，在特定的头部区域和躯⼲区域表达。包括⼈类、⻥类等脊椎动物，以及昆⾍、蠕⾍等⽆脊椎动物在内的绝⼤多数动物物种，都有同样的遗传程序。那么，海星是在什么样的遗传程序的驱动下，从幼年时期的两侧对称变成成年时期没有清晰的头尾的五辐射对称的？
对这⼀问题的探索⽐想象中要困难得多。主要是因为，检测基因表达的⽅法是从⼩⿏、果蝇等少数⼏种模式⽣物中发展出来的，这些⽅法在海星身上应⽤时效果不佳。在这项新的研究中，⽣物学家Laurent Formery是新论⽂的第⼀作者，他在研究⽣时期就开始关注海胆的早期发育。海胆在变成具有五重对称的成年海胆之前，它们也是两侧对称的。
论⽂的通讯作者是Christopher Lowe教授，多年来，他所领导的实验室团队⼀直渴望能够绘制发育中的海星的基因活动图谱。在Formery加⼊Lowe的研究团队后，Formery在棘⽪动物发育⽅⾯的知识与Lowe在分⼦⽣物学技术⽅⾯的专业知识结合在了⼀起，他们成功地创建了海星的基因表达的3D图谱。在这项新研究中，研究⼈员采⽤RNA层析术和原位杂交技术对这⼀问题进⾏了探索。
RNA层析术可以精确定位基因在组织中的表达位置，⽽原位杂交能精确定位细胞中特定的RNA序列。他们将海星的身体组织切成薄⽚，从三个不同的⽅向检测了基因表达的差异。这三个⽅向分别是：从海星的中⼼到“⼿臂”尖端，从“顶部”到“下腹部”，从“⼿臂”的⼀侧边缘到另⼀侧边缘。利⽤RNA层析术，他们确定了每个切⽚中表达的基因。为了更好地观测某些关键基因的活动，他们⽤荧光染料对海星组织它们进⾏了标记。
利⽤原位杂交技术，他们对组织样本进⾏了监测，观看基因会在何处表达，进⽽创建了⼀张海星体内的详细的3D基因表达图谱。他们的研究结果表明，与⼤多数两侧对称动物的前脑相对应的基因表达，位于海星“⼿臂”的中线；与中脑相对应的基因表达位于“⼿臂”的边缘。
总的来说，研究⼈员发现，两侧对称动物的与头部有关的基因，都在海星身上得到了表达；但两侧动物的与躯⼲有关的基因，只有⼀个出现在了海星身上，这个基因位于海星“⼿臂”的⾮常边缘的位置，表明沿着海星的周⻓，有⼀个类似尾巴的区域存在。如此说来，海星并⾮没有头，⽽更像是失去了身体，只剩下⼀个在海底爬⾏的“头”。这样的结果表明，棘⽪动物，尤其是海星，是我们今天所知道的头部与躯⼲分离的最典型例⼦。
我们的地球上⽣活着34种不同的动物⻔，在⼤约6亿多年的时间⾥，它们都为应对同样的基本⽣物学问题给出了不同的解决⽅案。在如此多的动物之中，⼤多数是⽣活在海洋洞⽳⾥的温和的动物。⼈们通常不会被这些动物所吸引，但它们可能代表了⽣命的开始。研究⼈员表示，⼤多数研究通常都关注与⼈类相似的动物群体，但如果过于专注于这些熟悉的物种，就很难了解到新的信息。
因此，科学家或许应该尝试探索⼀些不同寻常的动物，这不仅可以拓宽我们的⽣物学视⻆，也有望帮助我们解决⼀些⽣态学和⽣物医学问题。