田也

古生物學(xué)家已經(jīng)證實，為適應(yīng)環(huán)境需要，遠古總鰭魚類適應(yīng)水下生活的偶鰭（包括胸鰭與尾鰭各一對——譯者注）逐漸進化為強壯的骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，已滅絕的早期魚類提塔利克魚就是其中之一。這種進化使得早期四足動物能夠在淺海或陸地上爬行。但是，令進化生物學(xué)家感到疑惑的是，被稱為端骨的現(xiàn)代陸地動物的骨骼結(jié)構(gòu)——包括手腕和手指及腳踝和腳趾——與現(xiàn)代魚的鰭骨在形態(tài)上沒有明顯的相似性。

2014年12月22日，研究人員在美國的《國家科學(xué)院院刊》上發(fā)表文章稱，研究人員在斑點雀鱔身上發(fā)現(xiàn)了哺乳動物端骨構(gòu)造的早期遺傳信息。斑點雀鱔是一種非典型魚，其基因序列最近才被確定。

“化石研究表明，手腕、手指和足趾都是由適應(yīng)水下生活的結(jié)構(gòu)進化而來的?！蹦釥枴な尜e博士說。尼爾·舒賓是芝加哥大學(xué)的有機體生物學(xué)和解剖學(xué)家，他領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在2004年發(fā)現(xiàn)了提塔利克魚。“但是鰭與四肢的功能不同，自從分化以來，二者分別朝不同的方向演化。我們試圖把基因和分子數(shù)據(jù)與化石記錄結(jié)合起來研究，從而進一步探索二者之間的關(guān)系?！?/p>

最初基于形態(tài)對比將鰭骨與陸地動物四肢骨骼聯(lián)系起來的努力都以失敗告終，是因為陸地動物的端骨與大多數(shù)鰭骨都不一樣。人類的腕關(guān)節(jié)由一些細小結(jié)節(jié)組成，與構(gòu)成手指的長而細的指骨相連?，F(xiàn)代魚的鰭骨看起來就大不相同了，骨頭較長，邊緣末端有一組細小的骨頭，被稱作橈骨。

形成骨頭的原始基因，即HoxD和HoxA基因簇，也各不相同。研究人員首先測試了硬骨魚——多骨的鰭刺魚——身上控制HoxD和HoxA基因“開關(guān)”的能力大小，看它們?nèi)绾嗡茉焐L中的轉(zhuǎn)基因老鼠的四肢。但是，魚的控制開關(guān)對端骨的形成似乎沒有作用。研究人員意識到，硬骨魚并非研究遠古基因運作機制的理想對象。他們在尋找形成腕骨與指骨/趾骨的基因開關(guān)時，發(fā)現(xiàn)了“缺失保守性序列”的硬骨魚物種。

他們將問題追溯到硬骨魚的基因突變上。大約3億年前，有可能進化為硬骨魚的類魚生物從其他多骨魚中分化出來后，硬骨魚類譜系上的共同祖先經(jīng)歷了全基因組倍增的過程——一種在進化過程中多次出現(xiàn)的現(xiàn)象。

全基因組倍增過程通過復(fù)制硬骨魚的全套基因而使硬骨魚具有多樣化的巨大潛能，隨著時間的遷移，有助于硬骨魚適應(yīng)更加多樣化的環(huán)境?！霸谶@個過程中，控制端骨形成的‘基因開關(guān)’可以隨意‘開合’，從而改變基因的一些功能，也使得比較其與其他動物——比如老鼠——基因的不同難度更大?！卑驳卖敗.耶爾克如是說。他是舒賓實驗室的一名研究生，也是相關(guān)論文的第一作者。

并非所有的硬骨魚都要經(jīng)歷全基因組倍增的過程。斑點雀鱔魚，一種原產(chǎn)于北美的淡水魚，就是在全基因組倍增過程前從硬骨魚中分化出來的。研究小組通過將斑點雀鱔的Hox基因簇控制基因與四足動物的進行比較，發(fā)現(xiàn)它的遠端橈骨末梢與四足動物的端骨具有很高的相似性。研究人員將控制斑點雀鱔魚鰭生長的基因植入幼鼠，以觀察其對幼鼠生長的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些幼鼠的生長與受控于老鼠基因組的幼鼠“幾乎無異”。

因此，研究人員得出結(jié)論，即“晚近的Hox基因片段對四足動物端骨的形成具有重要作用。總體來說，我們的研究成果驗證了有關(guān)這種基因遠古來源的猜測”。