如果高中時(shí)你沒理解“個(gè)體發(fā)育重演種系發(fā)生”，現(xiàn)在也用不著去補(bǔ)課了。因?yàn)樯飳W(xué)家們已經(jīng)不再認(rèn)為，生物的胚胎發(fā)育是在重演其進(jìn)化史。不過，胚胎依然是探索進(jìn)化歷程的一個(gè)重要窗口。九月十四日Nature雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究，通過比較胚胎的基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，解答了進(jìn)化上的一個(gè)重要問題。

生物經(jīng)過漫長的進(jìn)化，獲得獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和功能。那么，這些結(jié)構(gòu)的遺傳學(xué)基礎(chǔ)是什么時(shí)候形成的呢？

人們知道，同源異形基因Hox負(fù)責(zé)調(diào)控組織的形態(tài)，它們就像一把尺決定著特定結(jié)構(gòu)的位置。舉例來說，頭部的形成就是Hox基因起作用的結(jié)果。

Stowers研究所的Robb Krumlauf博士帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)，對古老的無頜脊椎動物海七腮鰻（Petromyzon marinus）進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)，海七腮鰻Hox基因的表達(dá)模式類似于有頜脊椎動物，而有頜脊椎動物（包括魚、小鼠、人類等）的進(jìn)化實(shí)際上要晚很多。這意味著，形成有頜脊椎動物所需的遺傳學(xué)程序，早在這些動物出現(xiàn)之前就已經(jīng)存在了。

研究人員在Hox基因旁邊構(gòu)建了一個(gè)特殊的報(bào)告基因體系，將Hox基因活性與熒光標(biāo)簽關(guān)聯(lián)起來。他們將Hox報(bào)告基因插入有頜類魚，結(jié)果這些基因在胚胎的后腦區(qū)域發(fā)出了如彩虹一般的條狀熒光。

隨后，研究人員將同樣的報(bào)告基因插入了七鰓鰻。他們發(fā)現(xiàn)，七鰓鰻的胚胎有著與有頜類魚相同的報(bào)告基因表達(dá)模式，后腦區(qū)域的熒光順序完全一樣。

“這使我們感到非常驚訝，”文章的第一作者，Hugo Parker博士說。“這項(xiàng)研究告訴我們，控制后腦分節(jié)的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，比有頜脊椎動物的出現(xiàn)要早得多。”

在小鼠和斑馬魚中，DNA結(jié)合蛋白會識別Hoxb3的一段DNA，進(jìn)而啟動這個(gè)基因。這段DNA發(fā)生突變的報(bào)告基因，在斑馬魚胚胎中不能發(fā)光（失活）。值得注意的是，這個(gè)突變報(bào)告基因在七鰓鰻胚胎里也同樣失活，也就是說這段控制開關(guān)早就存在于七鰓鰻中。

“這項(xiàng)研究表明，控制后腦分節(jié)的調(diào)控回路早就存在于古代的脊椎動物中，” Bronner說。胚胎中基因表達(dá)的這種相似性令人驚訝，因?yàn)橛蓄M脊椎動物與七鰓鰻的外表差異很大。