七鳃鳗全脑3D图谱作者吴海旭：7年苦读终见成果，从困顿到封面
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《中国科学报》记者张楠报道，吴海旭，这位中国科学院昆明动物研究所的研究生，经历了研究被抢发、课题重构、延期毕业和痛风等重重考验，但最终在苦读7年后，他的团队绘制的七鳃鳗全脑3D图谱成功登上《科学》杂志封面，跻身第一作者。研究被抢发、重构课题、延毕、痛风折磨……学业和健康上的重锤接踵而至。这是吴海旭读博这几年最狼狈的状态，他一度困在研究中，连看到天上的云，都会觉得像在看实验数据。
而现在，他可以笑着跟任何人开玩笑：“你看那朵云，像不像七鳃鳗的脑子？”他所在的中国科学院昆明动物研究所宿兵团队与合作者画出的七鳃鳗全脑3D图谱，日前登上了《科学》杂志封面。他是第一作者。图中的这种怪鱼，曾是英国王室加冕典礼宴席上的“御用名菜”，现在成了吴海旭这位95后博士生的高光时刻。他用7年时间，以一场“无限游戏”的心态，熬过了所有至暗时刻。
“活化石”大脑，藏着一套“祖传代码” 如果你看过科幻巨制《沙丘》，一定对体形巨大的“沙虫”印象深刻。很多人觉得其原型就是七鳃鳗。七鳃鳗是一种无颌类脊椎动物，与有颌类的人类祖先在4.5亿年前分道扬镳。由于形态在3.6亿年里几乎没变，七鳃鳗被称为探索脊椎动物大脑起源的“活化石”。这种活化石的大脑体积仅豌豆大小，用什么方法来研究它呢？
此前的研究面对两难境地：经典解剖学能看清形态，但读不出细胞分子身份；单细胞测序能识别细胞类型，却丢了空间位置。科研团队将高精度空间转录组（Stereo-seq）和单细胞核转录组测序（snRNA-seq）科技结合，为七鳃鳗大脑里几十万个细胞同时拍“高清证件照”，并精确记录“门牌号”。而获取样本的第一步，就是一场极限考验。
这项研究用的是雷氏七鳃鳗，大脑长度不到1厘米。脑越小，操作越难。更要命的是，七鳃鳗死后脑组织RNA会快速降解。“从连续切片到染色、拍照确认，必须在3小时内达成，不能出一点错。”吴海旭回忆。研究团队花了几个月的时间摸索流程，演练配合。正式实验的那一天，五六个人围着专门邀请来的一位科技娴熟的操作员，屏着呼吸盯着看。“每切一张10微米的切片，就要尽快贴到芯片上开展后续实验，之后立马再切一张去做染色，其间还要拿摄像机记录切片在脑组织中的位置。
但凡其中一张切片出现一点儿失误，整个三维图谱的重构就不完整了。”提起当时的实验场景，吴海旭仍历历在目。当3小时的极限操作顺利达成，大家不禁欢呼了起来。“我们达成了突破200张连续不断的切片，选取其中质量最高的40张接着开展分析研究。”吴海旭说。这份来之不易的图谱覆盖了46万余个细胞，精确划分出14个主要脑区。当这幅“3D拼图”达成，最令团队震惊的察觉，是它的高度保守性。
七鳃鳗与小鼠脑中的神经元量级差异很大，但两者原始脑区空间分布十分趋近，嗅球、菱脑都保留高度相似的分层或分节框架。也就是说，5亿年里，脊椎动物大脑主体框架几乎没变，支撑着所有脊椎动物最基本的生存功能。但在保守性背后，演化也带来创新。整合8个物种数据察觉，七鳃鳗94%的神经元同时表达兴奋和抑制两种标记基因——它们是“兼职”的，而哺乳动物则以“专职”神经元为主。
以计算机成长来类比：早期的单板机，输入、输出和数据解决全在一个硬件里达成；而后期演化出了中央解决器、图形解决器、内存等分工更明确的部件。人的大脑有1000亿个神经元，正是有了明确的分工，才能提供高效的神经信号传导。团队推断，神经元功能的转变可能与第二轮全基因组复制事件有关。基因拷贝冗余为功能分化提供了“原材料”。低谷、被抢发、延毕…… 回想起2019年刚加入宿兵课题组读研那会儿，吴海旭坦言自己当时处于一种“随波逐流”的状态。
真正让他明确学术探索方向的，是七鳃鳗课题。在入学前，宿兵找他谈了一次话：“七鳃鳗这个课题会很难，一旦做出来会很重要。”同时提醒，要为毕业做些其他课题的准备。没想到，难的不只是科技。2022年，七鳃鳗大脑数据刚收集完毕，研究团队就察觉，德国海德堡大学一个团队在预印本网站发表了类似的海七鳃鳗脑的单细胞分析，虽然缺少空间信息，但整体框架和他们的设计十分趋近。
“刚着手分析，人家文章已经写完了，十分受挫。”吴海旭说。那段时间，吴海旭参与的另一个关于人类大脑神经元的研究，投稿过程也不顺利，历经两年坎坷，他面对着延期毕业的困扰。人生的考验常常结伴而来。2024年他在杭州做数据分析时，痛风发作了一个半月。“当时随便买了最便宜的药，吃一个月都没好。后来换了个稍贵一点的，两天就好了。”这段经历甚至让他打算录一期关于仿制药的科普节目。
在这段艰难的科研旅程中，吴海旭和他的合作团队，涵盖同学，无时无刻不在思考与七鳃鳗相关的实验和分析，以至于在日常生活中，看到一片云彩，都会不由自主地联想到七鳃鳗的脑部结构。低谷时刻，宿兵的话给了他重要支撑：“如果你很轻易拿到一个成果，那这个成果也许不那么重要。这是个探索的过程，其实十分有趣，这就是研究的乐趣。” 恰在此时，华大基因的空间转录组科技成熟了。
“空间信息就像给细胞增加了一层定位，假如一千个细胞是一千个平行世界里的哈姆雷特，那这个科技就能知道不同的哈姆雷特是站在悬崖边上高喊，还是站在茅厕里高喊位置不同，价值完全不同。”吴海旭打趣说。这一科技突破，让他们的研究从单纯的细胞图谱升级为全脑3D重构。2025年8月，论文投稿《科学》。审稿意见回来，一位审稿人对14个脑区挨个问，提了几十个问题。
比如，跟小鼠什么区别？细胞类型上是不是不一样，是不是同源的？胶质细胞里的生化循环过程，七鳃鳗与小鼠一不一样？“面对审稿意见，起初是感到头大的。但静下心来就会察觉，这个审稿人不是在刁难我们，是由于他对这些问题感到好奇，才会有这么多的发问。这反而恰恰说明，他对我们的工作十分感兴趣。”吴海旭回忆。团队把已发表的小鼠数据重新拎出来，跟七鳃鳗做十分仔细地一对一比较。
比较完，他们察觉了很多之前忽略的特征。比如，与意识唤醒有关的后脑蓝斑核团，七鳃鳗有、小鼠也有，细胞类型组成十分趋近。“这些结论，都是在审稿人的提醒和指导下，我们才能往前加快的。”吴海旭说。全部回答完，审稿人在第二轮审稿意见写下：“看完你们的回复，确实能感觉到脊椎动物祖先的大脑大概是什么样子了。” 全平台40万粉丝科普博主 如果说科研是吴海旭的“主线任务”，那科普就是他不可或缺的“支线”，甚至成了他减压的“秘密武器”。
早在大三时，吴海旭就着手和同学一起做科普公众号“biokiwi”。他说：“bio是生物的缩写，kiwi虽然指的是新西兰的奇异果跟几维鸟，但他们的意思是把百科‘Wiki’反过来写，就是把相对枯燥乏味的内容讲解得更加通俗易懂。” 现在，他们的科普矩阵在全平台已拥有40万粉丝。最近，他们的播客《生物漫游指南》新开“生物故事”栏目，首篇就以这篇七鳃鳗研究为主题。
每期一两个小时的节目，背后是几万字的逐字稿。他们的选题天马行空：《黑神话：悟空》火了，讲花果山猴子互相挠背的社会化行为；《哪吒》热映，科普荷花自发热传播花香的机制；甚至网络上流行的“牛马班味”，他们也能联想到海底的清洁鱼——忙不过来时会躲起来。吴海旭还喜欢讲科学史：袁隆平最早想当飞行员，因身高和视力没考上；又想当运动员，去武汉参赛吃多了热干面闹肚子，预赛都没参加成；最后学了农业……这些细节都来自他查阅的科学家自传。
“做科普需求投入专注力，同时又能学到全新的好玩的知识，这反而是一种减压。”吴海旭说，甚至在实验室组会上讲过的AlphaFold进展、藏族人的高原适应、进化的原理，都会被他“悄悄”记下来作为科普选题。吴海旭和合作伙伴坚持做科普近8年，至今仍是兴趣驱动。起初几年也有MCN联系他们做商业合作，大部分品牌都与保健品相关，里面的机制原理往往不明确。
“说有用那应该是有点用，但绝大多数缺乏机制性的研究，写文案都没有写下去的动力和价值，反而会很消磨自己。” “做自己感兴趣的事才能持久。”吴海旭笑称自己是“用爱发电”。并且，评论区带来的正向反馈是巨大的。有高中老师留言说要把节目讲给学生听，有听众评论“你们这一期，在给人类做丰容”。丰容其实是动物园的术语，一般指给动物们提供更丰富多样的环境，但在听众那里反而是这些有趣的生物知识和动物的声音，给城市生活的人们带来了“丰容”的效果。
“科普和科研，是我的两个身份，有界限但互相补足。” 吴海旭的爱好在为科研续航。他每年利用碎片时间能看三四十本书，五花八门。《有限与无限的游戏》给了他极大启发：“有限游戏一眼能看到头，而科学是一场无限游戏，你总能察觉新的目的，连续不断地做下去。”《科学结构的革命》是他的科学史启蒙书，让他意识到“科学不是一成不变的，而是伴随历史成长不断变化不断革新”。
摄影的爱好从高中延续至今，他喜欢拍古建筑和风景。文章被接收那天，吴海旭第一反应不是兴奋，而是担子卸下来了，“身子一轻，感觉能飞起来”。吴海旭说：“花好几年把课题做出来，最后收获那种成就感，更像血清素的感觉——平和、平淡，能给你带来心情上的缓冲。此前的焦虑、压力消散很多，精神更加平和。” “乔布斯说：Connecting the dots。
现在做科研、做科普都挺开心，就接着做，也许在日后某个时刻，这些点就会连在一起。”来自5亿年前的“大脑藏宝图”，揭示了脊椎动物演化的密码，而属于吴海旭的科研“无限游戏”才刚拉开序幕。相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.aea2535 “掌”握科技鲜闻 （微信搜索techsina或扫描左侧二维码关注） 新浪科技为你带来最新鲜的科技资讯 苹果汇为你带来最新鲜的苹果产物新闻 新酷产物第一时间免费试玩 《中国科学报》将连续关注并报道最新的科学进展和震撼人心的科研成果。
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