人类行走奥秘被发掘,所需的神经环路或进化自4.2亿年前的远古鱼类

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科学
人类行走奥秘被发掘,所需的神经环路或进化自4.2亿年前的远古鱼类
麻省理工科技评论 6天前 0

6天前

通过比对猬白鳐与小鼠的 Hox 基因,研究者们发现二者均拥有 Hox6/7 和 Hox10 基因,并且这些基因在它们体内行使着相似功能。
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通过比对猬白鳐与小鼠的 Hox 基因,研究者们发现二者均拥有 Hox6/7 和 Hox10 基因,并且这些基因在它们体内行使着相似功能。

猬白鳐 (Leucoraja erinacea) 是一种利用自己腹鳍在海底漫步的软骨鱼。它利用腹侧面的两片像脚一样的鳍沿着海底移动,这种利用肌肉屈曲和伸展左右轮流迈步的动作,与许多陆地动物非常相似。如今,基因检测说明了原因:根据研究人员 2 月 8 日在《细胞》杂志线上发布的成果,猬白鳐与陆地脊椎动物共享相同的支配肢体运动的神经细胞发育相关的基因图谱。本文作者称,这项工作是首个探究行走必需神经环路进化起源的研究。

“这是一个极有意思的自然史,”来自美国自然研究院的古脊椎动物学家 Ted Daeschler 说。“那些对于我们行走不可或缺的神经元起源于远古鱼类,”来自纽约大学的神经科学家 Jeremy Dasen 称。根据化石,Dasen 团队估算出所有陆地脊椎动物及鳐类的共同祖先大约生活在 4.2 亿年前——大约是在脊椎动物登陆几千万年前。

猬白鳐属于进化上较为原始的种群。与它们祖先的分支与鱼类分道扬镳登上陆地时相比,鳐类也并没有很大变化,所以在鳐类与陆地脊椎动物中发现相同神经环路令人惊奇。这一发现之旅开始于 Dasen 与论文共同作者,目前就职于斯坦福大学的 Heekyung Jung,在 YouTube 上看到了一段猬白鳐走路的视频。“当时我就震惊了,”Dasen 说。“我的确知道一些鱼类会走路,但我完全不知道它们竟然是这么走的。”大多鱼类通过摆动身体和尾部游动,而猬白鳐的脊椎却一直保持笔直。它们摆动煎饼一样扁平的身体下方的胸鳍,并用像脚一样的腹鳍行走。

对猬白鳐动作的分析发现,它们与两足动物的行走方式“明显相似”。为探究这一相似性如何形成,研究人员进一步观测了负责控制肌肉的运动神经元,发现每一种动作都需要多种不同类型的运动神经元参与。这些神经环路的搭建部分由 Hox 基因调控,它帮助调控生物形体,指导肢体、肌肉和神经该向何处发育。举例来说,蛇类及其他同样丢失了一些 Hox 基因的动物无法发育出四肢,只能够像很多鱼一样通过摆动身体在地面滑行。

通过比对猬白鳐与小鼠的 Hox 基因,研究者们发现二者均拥有 Hox6/7 和 Hox10 基因,并且这些基因在它们体内行使着相似功能。Hox6/7 在猬白鳐胸鳍及小鼠前肢的发育中起到重要作用;Hox10 则在猬白鳐腹鳍和小鼠后肢的发育中进行调控。比对猬白鳐和小鼠,其他一些参与运动调控的基因及神经环路也同样在进化中保留了下来。这些发现显示,猬白鳐与小鼠有着相似的运动基因及共同的祖先。得到的结论是“脊椎动物彼此都非常相似,”Daeschler 说。“进化是用打补丁的方式工作的。我们一直都在用着我们继承的——来自 4 亿多年前的神经环路的补丁修复版本。”

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