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                肺魚鰭揭示了它的四肢是如何進化

                從魚鰭進化出具有功能性數字的肢體大約發生在4億年前的泥盆紀。這種形態上的轉變使脊椎動物得以離開水面征服土地,并產生了所有四足動物或四足動物-包括所有兩棲動物,爬行動物,鳥類和哺乳動物(包括人類)在內的進化譜系。自19世紀以來,提出了幾種基于化石和胚胎的理論,試圖解釋這種轉變是如何進行的。然而,確切的數字手指是如何從魚鰭起源的仍然是未知的。

                由康斯坦茨大學(德國),悉尼麥格理大學(澳大利亞)和那不勒斯(意大利)的Stazione Zooologica Anton Dohrn組成的國際生物學家團隊,已經確定了如何利用澳大利亞肺魚(Neoceratodus forsteri)的胚胎從鰭中進化出肢體。 )進行學習。澳大利亞肺魚是四足動物中最接近的活魚,通常被認為是“活化石”,因為它仍然類似于最初的四肢脊椎動物開始在陸地上行走時的魚類。由于這些原因,與其他現存魚類相比,肺魚的鰭為研究鰭向四肢的進化過渡提供了更好的參考。

                該團隊的研究報告在最新一期的《科學進展》上,該研究表明,原始的手存在于肺魚鰭中,但同時表明,只有在四足動物的上升過程中,胚胎的變化才進化出具有四指的四肢的獨特解剖結構。發展。

                胚胎發育的見解:肢體“建筑師”基因

                為了解決進化過程中翅片如何出現肢體的難題,研究人員將注意力集中在胚胎發育上。研究的第一作者,康斯坦茨大學進化生物學小組的助理教授Joost Woltering博士解釋說:“在胚胎發生過程中,一組'建筑師'基因將一群無定形的前體細胞塑造成完全生長的四肢。”由Axel Meyer教授撰寫。相同的“建筑師”基因也驅動鰭的發育。但是,由于這些基因的活性發生了進化變化,因此發育過程在四足動物的魚和四肢中產生鰭。

                為了比較鰭和四肢的這一過程,研究小組在澳大利亞肺魚的胚胎中研究了這種“建筑師”基因。Woltering解釋說:“令人驚訝的是,我們發現指定四肢手的基因(hoxa13)在肺魚鰭的類似骨骼區域被激活。”重要的是,從未在與四足動物關系更遠的其他魚類的鰭中觀察到該區域。“這一發現清楚地表明,原始動物的手已經存在于陸地動物的祖先中”。

                發展模式:異同

                盡管具有這種現代的遺傳特征,但由于缺乏手指或腳趾,肺魚的“手”僅部分類似于四足動物的手的解剖結構。為了了解這種差異的遺傳基礎,研究小組繼續分析了已知與手指形成有關的其他基因,發現其中一個基因對手指和腳趾的形成很重要(hoxd13-上述基因的“姐妹基因”,提到的hoxa13)似乎在鰭中的接通方式有所不同。

                在四足動物肢體發育過程中,hoxd13基因以動態方式打開。它首先在發育中的小指中被激活,然后在以后的手中一直擴展到拇指。此過程協調所有五個手指的正確形成。盡管Joost Woltering的團隊在肺魚鰭中觀察到了該基因的類似激活模式,但并未顯示出這種擴展,而僅在鰭的一半處保持了激活。對于通常以數字關閉的基因,發現了其他差異。在肺魚鰭中,這些基因保持活躍,但是在hoxd13被激活的結構域的相對側。

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