動(dòng)物登陸前,魚類就已擁有附肢發(fā)育基因
日期:2011-07-20 08:15:37
遺傳開關(guān)(Genetic switches)能夠控制基因活性的時(shí)間和位置。來自芝加哥大學(xué)的研究者將魚類一段特殊的遺傳開關(guān)片段置入老鼠胚胎后,發(fā)現(xiàn)它能激活胚胎中控制附肢發(fā)育的基因。實(shí)驗(yàn)表明在4億年前,附肢發(fā)育基因就已出現(xiàn),只是潛藏了起來。I.Schneider博士說,促使老鼠發(fā)育足趾的遺傳開關(guān)并不存在于魚類中,但魚類的基因序列卻能激活這一過程,這表明附肢的前身能夠追溯到很早之前。
實(shí)驗(yàn)的靈感來源于著名的化石發(fā)現(xiàn)“提克塔利克”古魚(Tiktaalik)?!疤峥怂恕惫鹏~化石由芝加哥大學(xué)的研究者于2004年在加拿大北極圈附近發(fā)現(xiàn),它是魚類和四足動(dòng)物的過渡類型,它的鰭擁有與陸生動(dòng)物相似的附肢骨骼結(jié)構(gòu)(包括腕關(guān)節(jié)與手掌狀結(jié)構(gòu))。這些相似的結(jié)構(gòu)啟迪研究者通過實(shí)驗(yàn)尋找魚類和附肢動(dòng)物之間的同源關(guān)系。Shubin博士說,這是一例由化石溯及基因?qū)嶒?yàn)的例子,“提克塔利克”古魚及其近親表明附肢并不像我們曾經(jīng)想象的那樣,是出現(xiàn)于四足動(dòng)物的新特征,它也有其根源。
研究者將注意力集中在一個(gè)被稱為CsB的遺傳開關(guān)上。CsB能控制人類的附肢發(fā)育,相似區(qū)域存在于老鼠、雞、蛙、兩種魚(斑馬魚和鰩)等中。這些種類的共同祖先早于“提克塔利克”古魚,對比研究使人們一暼動(dòng)物登陸前的各種生物學(xué)特征。Schneider發(fā)現(xiàn)某段特定的基因序列共存于這些種類中,這允許研究者嘗試進(jìn)行屬種間的遺傳開關(guān)替換實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人驚訝,老鼠CsB能夠激活斑馬魚魚鰭的外緣發(fā)育,而斑馬魚和鰩CsB則能激活老鼠腕部和近側(cè)足趾的發(fā)育。Schneider說,這些不同的基因序列縱然經(jīng)歷了4億年的隔離,從形貌上也無法辨別它們的同源性(比如手和鰭就完全不同),但是通過基因?qū)嶒?yàn),我們?nèi)阅馨l(fā)現(xiàn)它們之間千絲萬縷的聯(lián)系。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之前的普遍觀點(diǎn)大相徑庭。曾有實(shí)驗(yàn)將河豚DNA的發(fā)育開關(guān)(developmental switch)移入老鼠體內(nèi),卻發(fā)現(xiàn)它不能讓老鼠的附肢基因表達(dá),因此當(dāng)時(shí)人們認(rèn)為,四足動(dòng)物附肢的出現(xiàn)是一種新型的進(jìn)化。但是現(xiàn)在,新的實(shí)驗(yàn)表明,控制附肢發(fā)育的遺傳開關(guān)深藏于地球生命進(jìn)化樹之中。M.Nobrega博士說,新實(shí)驗(yàn)表明這些遺傳開關(guān)已然存在,只是它們的表現(xiàn)形式不同罷了,幾億年前通過對魚類基因的某種修正才慢慢形成了今日的樣子。
無論從化石記錄上,還是表達(dá)數(shù)據(jù)上,實(shí)驗(yàn)結(jié)論都非常一致。接下來的實(shí)驗(yàn)會(huì)將注意力集中在基因管理系統(tǒng)如何運(yùn)作,以及魚類和四足動(dòng)物的附肢控制序列的不同之處上??赡苷腔虮磉_(dá)在時(shí)間或位置上的輕微改變,讓生命在解剖學(xué)上出現(xiàn)重大變化,最終促使動(dòng)物登陸。
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