田也

古生物學(xué)家已經(jīng)證實(shí)，為適應(yīng)環(huán)境需要，遠(yuǎn)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(duì)——譯者注）逐漸進(jìn)化為強(qiáng)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(jìn)化使得早期四足動(dòng)物能夠在淺海或陸地上爬行。但是，令進(jìn)化生物學(xué)家感到疑惑的是，被稱為端骨的現(xiàn)代陸地動(dòng)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(guó)的《國(guó)家科學(xué)院院刊》上發(fā)表文章稱，研究人員在斑點(diǎn)雀鱔身上發(fā)現(xiàn)了哺乳動(dòng)物端骨構(gòu)造的早期遺傳信息。斑點(diǎn)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(jìn)化而來(lái)的?！蹦釥枴な尜e博士說(shuō)。尼爾·舒賓是芝加哥大學(xué)的有機(jī)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(lái)，二者分別朝不同的方向演化。我們?cè)噲D把基因和分子數(shù)據(jù)與化石記錄結(jié)合起來(lái)研究，從而進(jìn)一步探索二者之間的關(guān)系?！?/p>

最初基于形態(tài)對(duì)比將鰭骨與陸地動(dòng)物四肢骨骼聯(lián)系起來(lái)的努力都以失敗告終，是因?yàn)殛懙貏?dòng)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(xì)小結(jié)節(jié)組成，與構(gòu)成手指的長(zhǎng)而細(xì)的指骨相連?，F(xiàn)代魚的鰭骨看起來(lái)就大不相同了，骨頭較長(zhǎng)，邊緣末端有一組細(xì)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(cè)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(zhǎng)中的轉(zhuǎn)基因老鼠的四肢。但是，魚的控制開關(guān)對(duì)端骨的形成似乎沒有作用。研究人員意識(shí)到，硬骨魚并非研究遠(yuǎn)古基因運(yùn)作機(jī)制的理想對(duì)象。他們?cè)趯ふ倚纬赏蠊桥c指骨/趾骨的基因開關(guān)時(shí)，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(jìn)化為硬骨魚的類魚生物從其他多骨魚中分化出來(lái)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(jìn)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(shí)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(gè)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(dòng)物——比如老鼠——基因的不同難度更大?！卑驳卖敗.耶爾克如是說(shuō)。他是舒賓實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(lái)的。研究小組通過將斑點(diǎn)雀鱔的Hox基因簇控制基因與四足動(dòng)物的進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)它的遠(yuǎn)端橈骨末梢與四足動(dòng)物的端骨具有很高的相似性。研究人員將控制斑點(diǎn)雀鱔魚鰭生長(zhǎng)的基因植入幼鼠，以觀察其對(duì)幼鼠生長(zhǎng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些幼鼠的生長(zhǎng)與受控于老鼠基因組的幼鼠“幾乎無(wú)異”。

因此，研究人員得出結(jié)論，即“晚近的Hox基因片段對(duì)四足動(dòng)物端骨的形成具有重要作用?？傮w來(lái)說(shuō)，我們的研究成果驗(yàn)證了有關(guān)這種基因遠(yuǎn)古來(lái)源的猜測(cè)”。