行走的魚

Dan Garisto

魚鰭可用于行走，并且這些魚就是這么做的，在脊椎動(dòng)物上岸之前，用于行走的“線路”就已經(jīng)進(jìn)化很久了。

小猬鰩可以使用它們身下的2片類足狀魚鰭沿著海床移動(dòng)。以肌肉的緊張和放松作為驅(qū)動(dòng)，形成了左右交替的步伐，這些魚的移動(dòng)方式看起來(lái)與許多陸生動(dòng)物非常相似。

現(xiàn)在，基因測(cè)試顯示出了原因：猬鰩及陸生脊椎動(dòng)物共享相同的神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育的基因藍(lán)圖，而那些神經(jīng)細(xì)胞正是肢體運(yùn)動(dòng)所需要的。研究人員將報(bào)告在線發(fā)表于2月8日出版的《細(xì)胞》雜志上。他們表示，這項(xiàng)工作首次對(duì)行走所需的神經(jīng)回路起源進(jìn)行了研究。

“這是令人關(guān)注的、奇異的自然史?！眮?lái)自費(fèi)城自然科學(xué)研究院的脊椎動(dòng)物古生物學(xué)家Ted Daeschler說(shuō)道。

“對(duì)我們來(lái)說(shuō)，行走所必需的神經(jīng)細(xì)胞起源于古代的魚類?！眮?lái)自于紐約大學(xué)的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家Jeremy Dasen說(shuō)道。根據(jù)化石記錄，Dasen的研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)所有陸生脊椎動(dòng)物與猬鰩的共同祖先大約生活于4.2億年前——這比脊椎動(dòng)物上岸要早數(shù)千萬(wàn)年。

小猬鰩屬于一個(gè)進(jìn)化的原始種群。自從它們的祖先從進(jìn)化成陸地漫游者的魚類分裂出來(lái)，猬鰩就沒(méi)有發(fā)生什么變化，因此在猬鰩與陸生脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)相同的神經(jīng)回路就非常令人驚奇了。

“這完全令我目瞪口呆?！盌asen說(shuō)道，“我知道某些魚類能夠行走，但對(duì)這些我是一無(wú)所知。”

大多數(shù)魚類通過(guò)擺動(dòng)它們的身體和尾巴進(jìn)行游泳，但是小猬鰩擁有一條保持著相當(dāng)直的脊柱。相反，小猬鰩通過(guò)擺動(dòng)薄餅狀的胸鰭進(jìn)行移動(dòng)，并且用2條沿著骨盆收攏的魚鰭進(jìn)行行走。

通過(guò)對(duì)小猬鰩的動(dòng)作進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)它們與兩足動(dòng)物的行走非常相似，來(lái)自紐約大學(xué)曾經(jīng)從事這項(xiàng)研究的Jung說(shuō)道。為了調(diào)查相似度是如何產(chǎn)生的，研究人員對(duì)控制肌肉反應(yīng)的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞進(jìn)行了觀察。每一種移動(dòng)需要不同類型的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)細(xì)胞，Dasen說(shuō)道。

神經(jīng)回路的構(gòu)成被部分同源基因所控制，它可以幫助身體進(jìn)行設(shè)計(jì)，決定肢體、肌肉及神經(jīng)的走向。舉例來(lái)說(shuō)，蛇及其他失去某些同源基因的動(dòng)物，它們的身體可以用魚類在水下游泳的方式柔和、滑溜地通過(guò)擺動(dòng)移動(dòng)。

對(duì)猬鰩與老鼠的同源基因進(jìn)行比較，研究人員發(fā)現(xiàn)，它們都擁有Hox6/7及Hox10基因，并且這些基因?qū)τ诙哂兄嗤淖饔?。Hox6/7對(duì)于神經(jīng)回路的發(fā)育十分重要，這種神經(jīng)回路被用于移動(dòng)猬鰩的胸鰭及老鼠的前腿；Hox10對(duì)于猬鰩的足狀魚鰭與老鼠的后肢來(lái)說(shuō)扮演著相同的角色。在小猬鰩與老鼠之間，其他的基因及負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)控制的神經(jīng)回路也被保存，或者未發(fā)生改變。這些發(fā)現(xiàn)表明，猬鰩與老鼠共同擁有一個(gè)具備相似運(yùn)動(dòng)遺傳的祖先。

結(jié)論是“脊椎動(dòng)物相互之間都非常相似?！盌aeschler說(shuō)道，“進(jìn)化通過(guò)修改而推進(jìn)，我們都在使用我們所繼承的——1張始于4億多年前的電路圖的修改版。”