鰭進化為手的證據(jù)找到了

田也

古生物學家已經(jīng)證實，為適應環(huán)境需要，遠古總鰭魚類適應水下生活的偶鰭（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?；蜿懙厣吓佬小５?，令進化生物學家感到疑惑的是，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·舒賓是芝加哥大學的有機體生物學和解剖學家，他領導的研究小組在2004年發(fā)現(xiàn)了提塔利克魚?！暗泅捙c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。”

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。現(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。”安德魯·R.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?？傮w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”。