The nervous system of amphioxus: structure, development, and evolutionary significance

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Amphioxus neuroanatomy is important not just in its own right but also for the insights it provides regarding the evolutionary origin and basic organization of the vertebrate nervous system. This review summarizes the overall layout of the central nervous system (CNS), peripheral nerves, and nerve plexuses in amphioxus, and what is currently known of their histology and cell types, with special attention to new information on the anterior nerve cord. The intercalated region (IR) is of special functional and evolutionary interest. It extends caudally to the end of somite 4, traditionally considered the limit of the brain-like region of the amphioxus CNS, and is notable for the presence of a number of migrated cell groups. Unlike most other neurons in the cord, these migrated cells detach from the ventricular lumen and move into the adjacent neuropile, much as developing neurons do in vertebrates. The larval nervous system is also considered, as there is a wealth of new data on the organization and cell types of the anterior nerve cord in young larvae, based on detailed electron microscopical analyses and nerve tracing studies, and an emerging consensus regarding how this region relates to the vertebrate brain. Much less is known about the intervening period of the life history, i.e., the period between the young larva and the adult, but a great deal of neural development must occur during this time to generate a fully mature nervous system. It is especially interesting that the vertebrate counterparts of at least some postembryonic events of amphioxus neurogenesis occur, in vertebrates, in the embryo. The implication is that the whole of the postembryonic phase of neural development in amphioxus needs to be considered when making phylogenetic comparisons. Yet this is a period about which almost nothing is known. Considering this, plus the number of new molecular and immunocytochemical techniques now available to researchers, there is no shortage of worthwhile research topics using amphioxus, of whatever stage, as a subject.

La neuroanatomie de l'amphioxus est importante, non seulement en elle-même, mais parce qu'elle offre des perspectives sur l'origine évolutive et l'organisation de base du système nerveux des vertébrés. Notre rétrospective résume la disposition générale du système nerveux central (CNS), des nerfs périphériques et des plexus nerveux chez l'amphioxus et fait le point sur les connaissances sur l'histologie et les types cellulaires, et en particulier sur les découvertes récentes sur la corde nerveuse antérieure. La région intercalée (RI) est d'intérêt particulier des points de vue fonctionnel et évolutif. Elle s'étend vers l'arrière jusqu'à la fin du somite 4 qui est traditionnellement considéré la limite de la portion ressemblant à un cerveau du CNS de l'amphioxus et elle est remarquable par la présence de plusieurs groupes de cellules migrantes. Contrairement à la plupart des autres neurones de la corde, ces cellules se détachent de la lumière ventriculaire et envahissent le neuropile, comme le font les neurones en développement chez les vertébrés. Nous considérons aussi le système nerveux des larves, puisqu'il y a une abondance de données nouvelles sur l'organisation et les types cellulaires de la corde nerveuse antérieure chez les jeunes larves basées sur des analyses détaillées au microscope électronique et des études de traçage des nerfs et parce qu'un consensus sur la relation entre cette région et le cerveau des vertébrés est en train de se former. La période intermédiaire du cycle biologique, c'est-à-dire entre la jeune larve et l'adulte, est beaucoup moins connue; il doit cependant s'y compléter beaucoup de développement nerveux pour produire le système nerveux complètement mature. Il est particulièrement intéressant de noter que des phénomènes correspondant à au moins quelques événements de la neurogenèse de l'amphioxus se répètent dans l'embryon dans vertébrés. Cela implique qu'il faut tenir compte de l'ensemble de la phase post-embryonnaire du développement neural chez l'amphioxus afin de faire des comparaisons phylogénétiques. C'est néanmoins une période dont on connaît à peu près rien. Dans ces conditions, le nombre de nouvelles techniques moléculaires et immunocytochimiques disponibles pour la recherche fait qu'il ne manque pas de sujets de recherche de valeur sur l'amphioxus à tous les stades de son cycle.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 2005

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