动物登陆前,鱼类就已拥有附肢发育基因
日期:2011-07-20 08:15:37
遗传开关(Genetic switches)能够控制基因活性的时间和位置。来自芝加哥大学的研究者将鱼类一段特殊的遗传开关片段置入老鼠胚胎后,发现它能激活胚胎中控制附肢发育的基因。实验表明在4亿年前,附肢发育基因就已出现,只是潜藏了起来。I.Schneider博士说,促使老鼠发育足趾的遗传开关并不存在于鱼类中,但鱼类的基因序列却能激活这一过程,这表明附肢的前身能够追溯到很早之前。
实验的灵感来源于著名的化石发现“提克塔利克”古鱼(Tiktaalik)。“提克塔利克”古鱼化石由芝加哥大学的研究者于2004年在加拿大北极圈附近发现,它是鱼类和四足动物的过渡类型,它的鳍拥有与陆生动物相似的附肢骨骼结构(包括腕关节与手掌状结构)。这些相似的结构启迪研究者通过实验寻找鱼类和附肢动物之间的同源关系。Shubin博士说,这是一例由化石溯及基因实验的例子,“提克塔利克”古鱼及其近亲表明附肢并不像我们曾经想象的那样,是出现于四足动物的新特征,它也有其根源。
研究者将注意力集中在一个被称为CsB的遗传开关上。CsB能控制人类的附肢发育,相似区域存在于老鼠、鸡、蛙、两种鱼(斑马鱼和鳐)等中。这些种类的共同祖先早于“提克塔利克”古鱼,对比研究使人们一暼动物登陆前的各种生物学特征。Schneider发现某段特定的基因序列共存于这些种类中,这允许研究者尝试进行属种间的遗传开关替换实验。实验结果令人惊讶,老鼠CsB能够激活斑马鱼鱼鳍的外缘发育,而斑马鱼和鳐CsB则能激活老鼠腕部和近侧足趾的发育。Schneider说,这些不同的基因序列纵然经历了4亿年的隔离,从形貌上也无法辨别它们的同源性(比如手和鳍就完全不同),但是通过基因实验,我们仍能发现它们之间千丝万缕的联系。
实验结果与之前的普遍观点大相径庭。曾有实验将河豚DNA的发育开关(developmental switch)移入老鼠体内,却发现它不能让老鼠的附肢基因表达,因此当时人们认为,四足动物附肢的出现是一种新型的进化。但是现在,新的实验表明,控制附肢发育的遗传开关深藏于地球生命进化树之中。M.Nobrega博士说,新实验表明这些遗传开关已然存在,只是它们的表现形式不同罢了,几亿年前通过对鱼类基因的某种修正才慢慢形成了今日的样子。
无论从化石记录上,还是表达数据上,实验结论都非常一致。接下来的实验会将注意力集中在基因管理系统如何运作,以及鱼类和四足动物的附肢控制序列的不同之处上。可能正是基因表达在时间或位置上的轻微改变,让生命在解剖学上出现重大变化,最终促使动物登陆。
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