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肺鱼鳍揭示了它的四肢是如何进化

从鱼鳍进化出具有功能性数字的肢体大约发生在4亿年前的泥盆纪。这种形态上的转变使脊椎动物得以离开水面征服土地,并产生了所有四足动物或四足动物-包括所有两栖动物,爬行动物,鸟类和哺乳动物(包括人类)在内的进化谱系。自19世纪以来,提出了几种基于化石和胚胎的理论,试图解释这种转变是如何进行的。然而,确切的数字手指是如何从鱼鳍起源的仍然是未知的。

由康斯坦茨大学(德国),悉尼麦格理大学(澳大利亚)和那不勒斯(意大利)的Stazione Zooologica Anton Dohrn组成的国际生物学家团队,已经确定了如何利用澳大利亚肺鱼(Neoceratodus forsteri)的胚胎从鳍中进化出肢体。 )进行学习。澳大利亚肺鱼是四足动物中最接近的活鱼,通常被认为是“活化石”,因为它仍然类似于最初的四肢脊椎动物开始在陆地上行走时的鱼类。由于这些原因,与其他现存鱼类相比,肺鱼的鳍为研究鳍向四肢的进化过渡提供了更好的参考。

秒速飞艇官网该团队的研究报告在最新一期的《科学进展》上,该研究表明,原始的手存在于肺鱼鳍中,但同时表明,只有在四足动物的上升过程中,胚胎的变化才进化出具有四指的四肢的独特解剖结构。发展。

胚胎发育的见解:肢体“建筑师”基因

秒速飞艇官网为了解决进化过程中翅片如何出现肢体的难题,研究人员将注意力集中在胚胎发育上。研究的第一作者,康斯坦茨大学进化生物学小组的助理教授Joost Woltering博士解释说:“在胚胎发生过程中,一组'建筑师'基因将一群无定形的前体细胞塑造成完全生长的四肢。”由Axel Meyer教授撰写。相同的“建筑师”基因也驱动鳍的发育。但是,由于这些基因的活性发生了进化变化,因此发育过程在四足动物的鱼和四肢中产生鳍。

为了比较鳍和四肢的这一过程,研究小组在澳大利亚肺鱼的胚胎中研究了这种“建筑师”基因。Woltering解释说:“令人惊讶的是,我们发现指定四肢手的基因(hoxa13)在肺鱼鳍的类似骨骼区域被激活。”重要的是,从未在与四足动物关系更远的其他鱼类的鳍中观察到该区域。“这一发现清楚地表明,原始动物的手已经存在于陆地动物的祖先中”。

发展模式:异同

秒速飞艇官网尽管具有这种现代的遗传特征,但由于缺乏手指或脚趾,肺鱼的“手”仅部分类似于四足动物的手的解剖结构。为了了解这种差异的遗传基础,研究小组继续分析了已知与手指形成有关的其他基因,发现其中一个基因对手指和脚趾的形成很重要(hoxd13-上述基因的“姐妹基因”,提到的hoxa13)似乎在鳍中的接通方式有所不同。

在四足动物肢体发育过程中,hoxd13基因以动态方式打开。它首先在发育中的小指中被激活,然后在以后的手中一直扩展到拇指。此过程协调所有五个手指的正确形成。尽管Joost Woltering的团队在肺鱼鳍中观察到了该基因的类似激活模式,但并未显示出这种扩展,而仅在鳍的一半处保持了激活。对于通常以数字关闭的基因,发现了其他差异。在肺鱼鳍中,这些基因保持活跃,但是在hoxd13被激活的结构域的相对侧。

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