本研究由Lukas Hessel、Jonas Albers、Annika Michalek、Til Böttner、Elizabeth Duke、Ida Siveke、Stefan Herlitze、Jürgen Goldschmidt和Mareike Huhn等人完成，主要作者分别来自European Molecular Biology Laboratory（EMBL）Hamburg Unit、Ruhr University Bochum的普通动物学与神经生物学系以及Leibniz Institute for Neurobiology的Combinatorial Neuroimaging Core Facility。该研究于2026年发表在*Communications Biology*上，文章标题为“Insights into unique anatomical structures of the ascidian Halocynthia papillosa obtained by multimodal imaging”。
海鞘（ascidian）是尾索动物亚门（Urochordata）中的一类海洋无脊椎动物，系统发育分析表明它们是与脊椎动物亲缘关系最近的现存类群，因此成为研究脊索动物演化、发育生物学和神经生物学的重要模式生物。*Halocynthia papillosa*（多乳突海鞘）是一种分布在地中海和葡萄牙沿岸的独居、固着性滤食性底栖生物。尽管该物种在自然环境中数量丰富、栖息地易于接近，并且在生态系统中发挥着重要作用，但它尚未被广泛采纳为实验模式生物。已有的解剖学研究主要集中在20世纪70年代至21世纪初对海鞘被囊（tunic）的组织化学和显微观察，而关于其神经系统和口触手（oral tentacles）的精细解剖信息仍然非常有限。与已被广泛研究的模式种*Ciona intestinalis*相比，*H. papillosa*的神经结构与被囊形态表现出明显的种间差异。本研究旨在利用多模态成像技术，系统地研究*H. papillosa*的被囊、口触手、脑神经节（cerebral ganglion, CG）和背结节（dorsal tubercle, DT）的结构与组成，以揭示独居海鞘中未被充分认识的解剖特征。
研究的完整工作流程包括以下几个主要环节。首先，研究团队从克罗地亚普拉附近海域通过水肺潜水采集了*H. papillosa*个体，在实验室水族箱中以16°C、盐度37–39 psu的人工海水进行饲养，并采用微藻*Nannochloropsis salina*进行每日六次投喂。麻醉使用薄荷醇晶体处理30分钟。其次，对完整动物进行了磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）。样本经过4%多聚甲醛固定后，浸没在Fomblin®中，使用9.4 T小动物MRI扫描仪获取T2加权图像。扫描获得横向和矢状面的高分辨率二维图像，层内分辨率为100 × 100 μm，同时采集了250 μm各向同性数据用于三维重建。第三，使用光学显微镜和Thunder显微镜对被囊进行宏观和活体荧光观察。来自5个不同个体的被囊切片在光学显微镜下显示出角质层带、中带、围表皮带和上皮等分层结构。Thunder显微镜用于活体观察角质刺（cuticular shed, CS）的自体荧光。第四，利用共聚焦显微镜对50 μm厚的被囊切片进行高分辨率成像，使用561 nm DPSS激光激发自体荧光，获取角质刺的三维最大强度投影。部分切片使用DAPI染色以显示细胞核分布。第五，对12只成年个体进行了光谱反射率测量，分别在收缩和放松状态下、红色体侧和浅色体侧进行四次测量，使用Ocean Optics光谱仪记录400–900 nm范围的反射光谱。第六，使用傅里叶变换红外光谱（FTIR）对被囊薄切片进行化学成分分析，在10个测量点上获取吸光度光谱，位置从被囊外侧到内侧依次编号。第七，使用同步辐射高通量断层扫描（high-throughput tomography, HiTT）对包括口触手、两虹吸管之间的完整神经索、被囊活检组织和肌肉束在内的样本进行X射线成像。样本经过乙醇梯度脱水后封装，在EMBL位于DESY的P14光束线上以12.7 keV能量、650 nm体素分辨率进行扫描，每个样本在四个传播距离下共采集1810张投影图像，随后使用tomo-CTF软件进行相位恢复和重建，并使用VG Studio Max进行分割和三维可视化。
通过MRI，研究团队获得了*H. papillosa*整体解剖的高对比度图像。在横向和矢状面图像中可以清晰区分咽篮、内柱、胃、肠和背结节等结构。背结节的尺寸在横向图像中测得为宽1.51 mm、长1.29 mm。三维渲染图像展示了被囊、内柱、触手环、背结节和咽篮等主要器官的空间位置关系。
被囊研究结果显示，*H. papillosa*的被囊由角质层带、中带、围表皮带和上皮等不同区域组成。在未暴露于阳光的体侧，中带呈现淡白色，纤维素层难以区分；而在光照较强的体侧，中带呈现橙红色，并显示出从外侧向内侧递减、但在每个纤维素层组内从外向内侧递增的双重颜色梯度。角质刺的形态在不同个体间一致，呈浅橙色。Thunder和共聚焦显微镜成像显示强烈的自体荧光仅存在于角质刺中，而下方组织没有荧光。在放松状态下，角质刺之间存在非荧光间隙；在收缩状态下，角质刺相互重叠并覆盖整个被囊表面。共聚焦高倍图像显示角质刺呈锥形，表面有小的亚刺状突起，内部有沿主轴排列的泡状结构和串珠状荧光颗粒。DAPI染色显示角质刺内部及其通道中没有细胞核，但角质刺周围的纤维素层中有规则分布的细胞核，且密度较高。HiTT成像从顶视图揭示了被囊中带内呈新月形排列的平行纤维素束，宽度为50–150 μm。在某些区域，这些纤维素束发生螺旋化，螺旋中心有X射线高密度的小点，即纤维束。侧视图显示纤维素层在接近角质刺基部时发生螺旋上升，形成对角质刺的支撑结构。FTIR分析在1060、1035、1336/7、1430和985 cm⁻¹处检测到纤维素或tunicin复合物的吸收峰，在1547和1650 cm⁻¹处检测到酰胺II和酰胺I带的蛋白质吸收峰，以及在2800–3000 cm⁻¹和3200–3500 cm⁻¹处检测到C-H和O-H伸缩振动峰。
光谱测量结果表明，收缩状态下的光谱反射强度显著高于放松状态，红色体侧的反射强度也显著高于浅色体侧。双因素重复测量方差分析显示收缩状态和体侧区域的主效应均显著，交互作用不显著。效应量较大，表明这些差异具有生物学意义。
神经系统研究方面，光学显微镜和HiTT成像显示*H. papillosa*的中枢神经索在靠近两个虹吸管处各发生两次二叉分支，分支围绕虹吸管形成环状神经。肌肉束以平行和垂直于神经索的方向排列，形成束状结构。HiTT三维重建揭示了背侧神经索丛（dorsal strand plexus, DSP）从神经索发出并与之形成空腔结构。值得注意的是，在神经索的任何部位均未观察到明显的神经节增厚。这与Braun和Stach（2019）在其他Stolidobranchia物种中观察到的脑神经节明显增厚不同。本研究测得两次二叉分支之间的神经索段长度为65 mm，远超过已知独居海鞘的范围。因此作者提出，*H. papillosa*的脑神经节可能只是该神经索段的一个亚区域，且无法从外部形态上区分。
背结节位于神经索上方、口虹吸管前方，直径为2–5 mm，具有马蹄形纤毛漏斗和胶状外壳。光镜显示纤毛漏斗呈黄橙色，HiTT三维重建显示神经索在背结节正下方发生二叉分支。
口触手研究显示，触手排列在口虹吸管内环上，每个主触手在后侧分出较小的亚触手。触手向内侧逐渐变扁平。HiTT分割揭示了触手内的血管网络和神经结构。血管从主触手向后延伸并分支进入每个亚触手，神经以类似的方式支配亚触手。一级毛细血管的高度和宽度分别为79.0和68.1 μm，二级分支为33.3和34.0 μm。血管分支呈左右交替模式，神经分支与血管分支呈镜像对应。
这项研究的科学价值体现在多个层面。首先，它首次系统地利用多模态成像技术对*H. papillosa*这一非模式物种进行了从整体到亚细胞水平的解剖学表征，弥补了独居海鞘解剖学研究的空白。其次，HiTT技术在软体海洋无脊椎动物中的成功应用证明该技术可以在不进行侵入性制备的情况下解析精细结构，为未来功能性解剖学研究提供了新的技术路径。第三，研究发现*H. papillosa*的脑神经节缺乏明显的形态学增厚，这一结果挑战了基于模式物种得出的关于海鞘中枢神经系统结构保守性的假设，强调了扩展研究对象的重要性。第四，角质刺的自体荧光及其随收缩状态改变的特性为海鞘被囊的光学功能研究提供了新线索。最后，*H. papillosa*作为地中海生态系统中重要的滤食性生物和环境压力指示物种，本研究的解剖学数据为理解其生态角色和生理响应提供了基础。研究还通过MRI和HiTT实现了对完整动物和精细结构的无损成像，为海鞘功能解剖学建立了一套完整的工作流程。