中科院昆明动物所揭示了脊椎动物爬上陆地的进化细节

水陆过渡是脊椎动物进化史上的一次飞跃,是脊椎动物进化历程中最重要的科学问题之一。先前的研究表明,最早走出海洋的脊椎动物属于硬骨鱼。

由中国科学院昆明动物研究所牵头的团队与国内外研究人员合作,通过分析非洲肺鱼,多鳍鱼,桨吻鲟,弓鳍鱼和鳄雀鳝的基因组,揭示出脊椎动物从水中向陆生过渡的奥秘。他们用了两篇论文报告了自己的发现,论文均发表在Cell上。

他们用于分析的5个物种属于现存骨鱼类的两个主要类别(裂片鱼和射线鳍鱼)。肺鱼是与四足动物最接近的现存亲戚,拥有最大的基因组规模(40Gb),是人类基因组的10倍以上。

研究人员发现,与肢体柔韧性有关的功能性元素可能起源于软骨鱼,其特征在叶鳍鱼和射线鳍骨鱼中得到了保留,但在硬骨鱼中却完全消失了。原始的肺可能也起源于骨鱼类的共同祖先,但随后在大多数射线鳍鱼类里,肺被鱼漂所取代。

除了将肺鱼加入分析之外,研究人员还提出,脊椎动物的水陆过渡过程可能存在三个关键的基因突变步骤。

首先,骨鱼的共同祖先具有初始的呼吸能力和对应功能的分子基础。再者,通过出现更多与呼吸相关的基因和翼翅目动物的功能元件来增加呼吸能力。最后,可能存在进一步的遗传进化,如更多的基因和功能元件,为水到陆地的过渡提供了最后的关键基础。

此外,研究人员发现了与肢体运动有关的功能逐渐发展的脉络,以及从水生到陆地的过渡还伴随着循环系统、大脑和运动系统的共同进化方向。

这些研究的发现对于理解脊椎动物的进化机制和过程具有重大意义。

原文:https://phys.org/news/2021-02-puzzle-water-to-land-transition-vertebrates.html

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