第四项神器：奴役之刃（突触）
以上几项先后获得的神兵利器，都可以说是战力升级的好物。通过它们，单细胞生物得以提高自己的生存竞争力，以便在进化过程中淘汰其他对手。不过，就算战力升级也只是单打独斗，再怎么厉害，也不一定比得过团队合作。如果单一细胞或单细胞生物之间能够互相沟通合作，必然会获得不同的生存竞争能力。就在此时，另一项神器横空出世。这第四项神器，和先前三者完全不在同一个档次。它是一种可以用来与其他细胞合作，但也可以用来“奴役”其他细胞的双面刃：突触（Synapse）。
突触是神经细胞向外接触其他细胞的接触点。通过突触，神经细胞可以把信息传给别的细胞，达成彼此传递信息的合作关系。突触大致可以分为两种，第一种是“电突触”：电位差的变化会直接通过突触传递到另一个神经细胞上。第二种则是“化学突触”：电位差的变化会让突触释出化学物质，然后扩散并经由受器影响另一个细胞。这种细胞与细胞间以物理或化学方式相互影响的机制，究竟是怎么进化出来的呢？
突触的进化：先有神经传导素，还是先有受器？
最早出现的突触形式，可能是两个相邻细胞之间的细胞膜上的互通通道，这种通道可以让离子和其他分子通过扩散的方式自由穿越。电突触就是使用这种形式来让带电离子从一个细胞扩散至另一个细胞。在现今几乎所有生物的大脑中，都还看得到这种突触的踪迹。
至于化学突触的出现，则相对复杂许多。化学突触的运作方式，是由行动电位先诱发突触一端释出化学物质神经传导素，接着这些神经传导素扩散到突触另一端被受器接收后，才能影响或操控下一个细胞，才能激起新一波的行动电位继续把信息传递下去。
现在问题来了，在进化的过程中，是先有神经传导素，还是先有受器呢？如果原本没有受器，那细胞怎么会进化出神经传导素？如果原本没有神经传导素，细胞又为什么会进化出受器来感应神经传导素？
近年来的研究发现，突触的进化初期，应该是先有受器才对，而这些受器最原始的功能，是用来侦测环境中的某些营养物质，而不是用来侦测神经传导素。科学家发现，单细胞生物（例如某些细菌）的细胞膜上已经有可以和谷氨酸（Glutamate）结合的蛋白质 。在分析DNA序列后发现，这些蛋白质存在的时间早于植物和动物分家之前，而且可能是在多细胞生物出现之前就已经存在。
科学家猜测，早期的单细胞生物可能就是利用这些蛋白质作为受器来侦测谷氨酸（谷氨酸是许多生物代谢过程中的一个重要物质），后来发展出多细胞生物后，生物才进化出分泌谷氨酸作为神经传导素的能力，这些原本就已经存在的受器也因此发挥出新的功能。之后经过无数次的基因复制、突变和优胜劣汰，神经传导素和受器的种类也才不断地增加和日趋复杂。
突触的发现历史
说起突触，就不得不稍微岔题，跟大家分享一下发现突触的有趣历史。在十九世纪的生物与电生理学界中，神经细胞之间如何传递信息一直是众人热议的一个主题。由于神经细胞之内的电子活动在当时早已为人所熟知，因此许多人都认为，细胞之间的信息传递也应该是通过电子信号。
虽然早在1846年，被称为电生理学之父的德国生理学家、行动电位的发现者雷蒙德（Emil DuBois-Reymond）就曾经提出一个主张，认为神经细胞之间可能存在着空隙，而且除了电子传递方式外，也有可能以化学传递的方式来越过神经细胞之间的空隙。但当时他并没有拿出任何证据，因此他的化学传递主张很快就被大家遗忘。毕竟，以当时大家对神经电生理学的知识掌握和理解，电子的传递方式仍然比较直接，也比较简单。
但是有几项重要的事实，却一直和主流的“电传递假说”格格不入。这些重要的发现主要都是来自当时的英国生理学家谢灵顿 的实验室 。
比方说，当时已经知道行动电位只能往单一的方向前进，也就是说，行动电位总是由一个细胞的轴突往下一个细胞的方向前进，而不会往反方向逆行。如果细胞之间真的是用电子信号来影响，那么本身不具方向性的电子活动，应该也会导致反方向的行动电位，但为什么人们从来没有观察到这个现象呢？
其次，当时已知存在着“兴奋型”和“抑制型”两种神经细胞作用。如果神经细胞之间真的是使用电子信号作为传递方式，那么由于电位改变和传递的方式在每个细胞上都一样，其造成的效果应该只会有兴奋型或抑制型的其中一种才对。为什么会产生两种不同的神经传递效果呢？
再者，神经生理学家观察到信息在细胞之间传递时，会出现明显的延迟现象。如果真的是以电子信号作为细胞间的传递方式，应该不会出现明显的延迟才对。
有鉴于此，谢灵顿便正式提出了“突触”这个名词与概念，认为突触是神经细胞之间相互传递信息的一个调控关键，而且很有可能是通过化学方式进行调控。
到了1921年，生理学家勒维（Otto Loewi）终于在睡觉时梦到一个想法，并通过实验证实了化学突触的存在。一天晚上，勒维在梦中想到了一个验证化学突触的绝妙实验，他在半睡半醒之间，迷迷糊糊地在笔记本上写下实验的想法，然后就倒头继续呼呼大睡。隔天起床，他兴高采烈地准备动手做实验，却发现自己看不懂昨晚胡乱记下的笔记内容。懊悔不已的勒维，仰天直呼那是他生命中最漫长难熬的一日 。没想到，当天晚上，他竟然又做了一模一样的梦。这一次，他没有再错失良机，趁着梦中的想法依然清晰，勒维直接冲到实验室里进行实验。
他的实验方法非常简单明确，就是挖出两只青蛙的心脏，然后把依然跳动的心脏放在生理盐水中。其中一颗心脏，依然带有迷走神经（Vagus Nerve），另一颗心脏则没有。勒维通过电流刺激带有迷走神经的心脏，使其心跳变慢，然后取出该心脏周围的液体并施加在另外一颗心脏上。结果发现，另一颗心脏的心跳也变慢了。由此可知，应该是第一颗心脏受刺激后产生了某种化学物质，由于这些化学物质流入了周围的生理盐水中，因此当这些生理盐水接触到第二颗心脏时，第二颗心脏的心跳才会变慢。这项实验让勒维获得了1936年的诺贝尔生理学或医学奖，也证实了化学突触的存在。不过一直到1954年，突触才真正第一次被人们在显微镜下观察到。