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動物登陸前,魚類就已擁有附肢發育基因

日期:2011-07-20 08:15:37

遺傳開關(Genetic  switches)能夠控制基因活性的時間和位置。來自芝加哥大學的研究者將魚類一段特殊的遺傳開關片段置入老鼠胚胎后,發現它能激活胚胎中控制附肢發育的基因。實驗表明在4億年前,附肢發育基因就已出現,只是潛藏了起來。I.Schneider博士說,促使老鼠發育足趾的遺傳開關并不存在于魚類中,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。  

實驗的靈感來源于著名的化石發現“提克塔利克”古魚(Tiktaalik)。“提克塔利克”古魚化石由芝加哥大學的研究者于2004年在加拿大北極圈附近發現,它是魚類和四足動物的過渡類型,它的鰭擁有與陸生動物相似的附肢骨骼結構(包括腕關節與手掌狀結構)。這些相似的結構啟迪研究者通過實驗尋找魚類和附肢動物之間的同源關系。Shubin博士說,這是一例由化石溯及基因實驗的例子,“提克塔利克”古魚及其近親表明附肢并不像我們曾經想象的那樣,是出現于四足動物的新特征,它也有其根源。

研究者將注意力集中在一個被稱為CsB的遺傳開關上。CsB能控制人類的附肢發育,相似區域存在于老鼠、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物登陸前的各種生物學特征。Schneider發現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行屬種間的遺傳開關替換實驗。實驗結果令人驚訝,老鼠CsB能夠激活斑馬魚魚鰭的外緣發育,而斑馬魚和鰩CsB則能激活老鼠腕部和近側足趾的發育。Schneider說,這些不同的基因序列縱然經歷了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),但是通過基因實驗,我們仍能發現它們之間千絲萬縷的聯系。

實驗結果與之前的普遍觀點大相徑庭。曾有實驗將河豚DNA的發育開關(developmental  switch)移入老鼠體內,卻發現它不能讓老鼠的附肢基因表達,因此當時人們認為,四足動物附肢的出現是一種新型的進化。但是現在,新的實驗表明,控制附肢發育的遺傳開關深藏于地球生命進化樹之中。M.Nobrega博士說,新實驗表明這些遺傳開關已然存在,只是它們的表現形式不同罷了,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,還是表達數據上,實驗結論都非常一致。接下來的實驗會將注意力集中在基因管理系統如何運作,以及魚類和四足動物的附肢控制序列的不同之處上。可能正是基因表達在時間或位置上的輕微改變,讓生命在解剖學上出現重大變化,最終促使動物登陸。


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