神经系统的现身
在分工出现之前，多细胞生物的最大优势，就是能够较有效率地使用资源以及拥有较大的体型。不过，和单细胞生物相比，这种优势只能说是一种“量”的优势，而不是“质”的优势。
但是在分工出现后，多细胞生物就出现了质变，不仅在数量上击败了单细胞生物，更在本质上出现了变化。更重要的是，分工的现象一出现，神经细胞就马上逮住了这个千载难逢的机会，开始“宰制”其他细胞。
分工与宰制的发生史
一旦细胞出现形态上的分工，神经细胞就开始一步步通过它的特殊能力来夺取权力。我们之前说过，神经细胞本来就是细胞中的胜利组，它们能够使用电位变化在细胞内快速传递信息。更重要的一点是，电位变化不只可以被用来在细胞内快速传递信息，更可以通过突触来影响或“操控”其他细胞。
但是，最早的细胞分工如何开始？最早的神经细胞和神经系统如何出现？细胞之间的“操控”又是如何发生的？因为没有化石可以告诉我们这个过程，所以没有人知道真相。不过，科学家提出了一些可能的假说。
派克假说
1919年，哈佛大学的动物学家派克（George Parker）在研究了各种刺细胞动物（例如水母、水螅、珊瑚和海葵）后，首次提出了神经细胞可能经历的四个进化阶段。1970年，美国维多利亚大学的生物学家麦基（George Mackie）更进一步修正了这个理论。
根据麦基的理论，神经细胞进化的第一阶段，就是刺细胞动物身上开始出现特殊的原始表皮细胞。这些细胞会对外来刺激做出收缩反应，而且这些表皮细胞彼此之间也可以通过电突触传递电信号相互影响，就和海绵体细胞之间相互传递信息的方式一样。
在进化的第二阶段时，这些会收缩的细胞退到第二线，躲到了第一线表皮细胞之下。这些可以收缩的第二线动器细胞仍然通过电突触和不会收缩的第一线表皮受器细胞相连。这种“受器动器相连系统”（Receptoreffector System），就是最早的神经系统原型。
到了第三阶段，第一线的表皮细胞和第二线的收缩细胞之间出现了“原型神经细胞”（Proto Neuron），这种原型神经细胞是一种“感觉运动神经细胞”，负责从第一线的表皮细胞接受信息，同时把信息传达给第二线专司收缩的肌肉细胞。
第四阶段时，原型神经细胞开始分化成“感觉神经细胞”和“运动神经细胞”，化学突触也在这个阶段开始出现。到了水母以及软体动物身上，更进一步进化出“中间神经细胞”（Intermediate Neuron）以及更复杂的神经网络。
潘亭假说、帕萨诺假说与其他理论
在神经系统源起的学术争辩中，派克假说长时间占据了主流学说之位。但是由于众人一直无法在化石或现存生物身上找到“受器动器相连系统”的实存证据，因此在二十世纪后期，质疑声浪四起。
1956年，剑桥大学的动物学家潘廷（C. F. A. Pantin）提出了另一个假说，他认为最早的神经系统可能不是由连接表皮细胞和动器之间的神经细胞进化而成，而是由负责协调多细胞生物运动的某种“神经网”进化而成 。这种神经网可能很类似海葵（Sea Anemones）体内的神经网络，其主要的功能之一就是负责产生并整合身体各部位的运动。潘廷认为，这种形态和功能的神经网才是最原始的神经系统，至于受器与动器之间的联结和反射式反应，应该是在神经网出现后才进化出来的功能。
1963年，耶鲁大学的生物学家帕萨诺（L. M. Passano）也提出了不同的理论。他认为最早的神经系统可能是用来控制肌肉集体收缩的一种“起搏器” （Pacemaker）。当许多原型肌细胞刚开始聚集在一起时，其中的某些原型肌细胞可能会因为拥有较不稳定的细胞膜而开始出现自发性且规律的去极化（Depolarization）现象，这种类似“起搏器”的活动可以影响并协调周围其他原型肌细胞的收缩，让生物体可以产生较有效率的节律性动作，例如某些运动和进食行为。根据这个理论，神经细胞的最原始功能是可以产生节律的“起搏器”，至于接收外来信息和远距离传递的功能，则是较晚才进化出来的。
也有其他理论认为，神经细胞的原型可能是可以分泌化学物质的细胞。这些细胞所分泌的化学物质可以经由细胞膜上的离子通道来影响周遭细胞，当稍晚进化出电位传递能力后，才得以利用这些早已存在的化学通道。因此，用化学信息传递来操控其他细胞的能力，可能早于电位传递能力 ，或者至少两者可能是同时进化出来的 。
总而言之，关于神经细胞的原型目前仍是众说纷纭。但是无论如何，这些原型神经细胞在不断分化、分工、联结与扩张后，终于形成神经网络，它们一边从表皮和各种感官细胞接收信息，一边控制着肌肉细胞，俨然成了雄霸一方的地方老大。
两次神经系统的独立源起？
除了上述的细胞发生学角度，我们也可以从种系发生的观点，来看看神经系统最初的进化历程。同时，我们也可以检视一下“神经系统只有过一次源起”这个说法是否正确。
一般认为，在现存的多细胞动物中，海绵刚好就是进化出神经细胞前的关键生物。海绵属于多孔动物门，是最原始的后生动物之一。海绵拥有不同形态的细胞，例如外层细胞、内层细胞、造骨细胞和生殖细胞等，就是独缺神经细胞。不过，海绵受到刺激时，体内的细胞已经可以使用电子方式，通过电突触快速把信息传递给附近的其他细胞，因此海绵其实已经具备了形成神经细胞的条件与环境。
到了较晚才分支出来的栉水母动物以及刺细胞动物身上，我们终于可以看到真正的神经系统。栉水母动物和刺细胞动物身上都有简单的分散式神经网（Diffuse Nerve Net），可以负责感知、收缩、运动以及捕食 。
好了，以上就是传统的生物学看法。原本大家以为栉水母动物和刺细胞动物在进化上出现的时间很接近，且都比多孔动物要晚，其神经系统也系出同源，没想到最近的几项研究却发现了惊人的相反结果：栉水母在进化上出现的时间似乎远远早于刺细胞动物，甚至比多孔动物还早；而且栉水母的神经系统似乎也不同于刺细胞动物及其以降，包括人类的神经系统，甚至有可能是完全独立进化出来的不同系统！
此结果一出，众皆哗然。
第一项惊人之处，就是栉水母在进化上出现的时间竟然早于多孔动物。原本大家根据形态分析，以为栉水母在进化上出现的时间应该晚于多孔动物，大约和刺细胞动物出现的时间相当。但是佛罗里达大学的神经生物学家莫罗兹（Leonid Moroz）和美国国家基因体研究所的拜克萨维尼斯（Andreas D. Baxevanis）各自通过基因定序分析了两种栉水母的基因，发现进化上应该是先分支出栉水母动物（Ctenophora），然后再分支出多孔动物（Porifera），接着是扁盘动物（Placozoa）、刺细胞动物（Cnidaria），最后才是两侧对称动物（Bilateria） 。
第二项惊人之处，就是栉水母的神经系统有可能是完全独立进化出来的不同系统！在上述五种生物身上，共有三种生物拥有神经系统，就是最早出现的栉水母，以及最后出现的刺细胞动物和两侧对称动物。而介于中间的多孔动物和扁盘动物则没有神经系统。
现在问题来了，为什么最早分支出来的栉水母有神经系统，但是接下来的多孔动物和扁盘动物却没有，而更后面才分支出来的刺细胞动物和两侧对称动物却又有神经系统呢？
*代表拥有神经系统。
其中不外乎两种可能性，第一种就是在栉水母动物分支之前，生物的远祖就已经有神经系统，而接下来分支出来的五种生物也都有神经系统，但是多孔动物和扁盘动物的神经系统可能因为某些因素退化掉了。第二种可能性，是生物的远祖没有神经系统，而且前三种分支也都没有神经系统。一直到要分支出刺细胞动物之前，神经系统才出现。而栉水母现在身上的神经系统，则是它们在分支后才独立进化出来的。
那么有没有办法可以检验这两种可能性何者为真呢？有的，方法就是检视栉水母和最后两种生物的神经系统相似性。如果第一种说法为真（如果生物的远祖在栉水母动物分支之前就已经有神经系统），那么由于各种生物的神经系统系出同源，栉水母的神经系统应该和最后两种生物的神经系统有相当程度的相似性才对。结果发现，两者似乎有着不小的差异。
通过基因和生理分析，科学家发现栉水母神经系统的运作方式相当独特。比方说，各种动物身上都拥有发育神经系统所必需的关键“HOX基因”，但是栉水母却没有。让两侧对称动物的突触可以正常运作的“Neuroligin蛋白”“CASK蛋白”和“Erbin蛋白”，在栉水母身上也找不到。其他生物用来合成“儿茶酚胺类”神经传导素（例如多巴胺、肾上腺素与正肾上腺素）所需的重要酵素，栉水母也没有。有鉴于此，莫罗兹便大力提倡“神经系统在进化中有两次独立源起”的说法。
不过，“神经系统在进化中有两次独立源起”这个充满争议的说法，目前仍未有定论。毕竟，虽然栉水母缺少某些在一般神经系统中必需的关键基因和蛋白质，但是它和其他神经系统重叠的基因和蛋白质仍然不少 。目前看来，可能还需要不少的研究才能确定这项充满争议的说法是否正确。