科学家展示了一些地球上最早的动物是如何进化的
荧光图像显示两个必需片段极性基因在60hpf(受精后数小时)和72hpf时的基因表达。鸣谢:斯托斯医学研究所
（神秘的地球uux.cn）据斯托斯医学研究所：由于缺乏骨骼、大脑，甚至完整的肠道，像海葵这样简单动物的身体结构似乎与人类及其脊椎动物亲属没有什么共同之处。然而，Stowers医学研究所的研究员Matt Gibson博士的新研究表明，外表可能具有欺骗性，一个共同的遗传工具包可以以不同的方式部署，以驱动胚胎发育，产生非常不同的成人身体计划。
众所周知，海葵、珊瑚和它们的水母亲戚与6亿多年前生活在地球古老海洋中的人类有着共同的祖先。吉布森实验室的一项新研究发表在《当代生物学》上，阐明了小海葵vectensis的身体发育的遗传基础。这一新知识生动地描绘了地球上一些最早的动物是如何从卵到胚胎再到成年的。
“研究线虫的发育遗传学有点像把时间机器带到非常遥远的过去，”吉布森说。“我们的工作让我们可以问一问很久以前的生活是什么样子——在恐龙出现之前的几亿年。古代动物是如何从卵发展到成体的，指导胚胎发育的遗传机制在多大程度上历经千年？”
大多数当代动物，从昆虫到脊椎动物，都是通过形成一系列首尾相连的节段来发展的，这些节段根据它们的位置呈现不同的身份。在给定的区段内，还有一个极性轴通知细胞它们是在区段的前面还是后面。总的来说，这被称为片段极化。
发育中的海葵三维表达图谱。来自72小时大的海葵细胞的单细胞RNA测序数据被投影到一个3D虚拟空间中。鸣谢:斯托斯医学研究所
来自Gibson实验室的前博士研究员Shuonan He博士发现了海葵Nematostella vectensis发育过程中涉及的基因，这些基因指导节段的形成和指导节段极性程序的其他基因，与包括人类在内的生命进化树上的更高级生物惊人地相似。
吉布森说:“重要的是，构建极其不同的动物身体结构(例如，海葵和人类)的基因指令极其相似。”。"基因逻辑大体上是相同的."
这项新研究建立在吉布森实验室发表在《科学》杂志上的2018年研究基础上，该研究表明，海葵在发育早期具有内部双侧对称性，有八个放射状部分。这项研究表明，Hox基因——对人类发展至关重要的主发育基因——可以划定节段之间的界限，并可能在节段构建中发挥着古老的作用。
该团队的最新发现探索了片段是如何形成的，以及是什么导致了它们身份的差异。利用空间转录组学，或片段之间基因表达的差异，研究小组发现了数百个新的片段特异性基因。其中包括两个关键基因，它们编码在Hox基因控制下控制节段极化的转录因子，并且是海葵肌肉正确放置所必需的。
地球上惊人的生物多样性可以和乐高积木的组装相提并论。“无论你构建一只恐龙，一只海葵，还是一个人，尽管动物形态大相径庭，但许多核心基因构建模块在很大程度上是相同的，”吉布森说。
这是科学家第一次有证据表明前双侧动物的节段极化有分子基础。虽然在果蝇和人类等双边物种中进行了广泛的研究，但刺胞动物具有分段性的想法是出乎意料的。现在，研究小组有证据表明这些部分也是极化的。
胚胎阶段的海葵vectensis Nematostella的口腔视图(左)与从侧面看到的幼年珊瑚虫(右)的比较。胚胎中的片段(S2-S8)发育成珊瑚虫的触角(T2-T8)。鸣谢:斯托斯医学研究所
吉布森说:“这提供了进一步的证据，表明调查各种各样的动物可能对理解一般原理有直接的影响，包括那些适用于人类生物学的原理。”。“更进一步，通过了解海葵发育的逻辑并将其与我们在脊椎动物中看到的进行比较，我们还可以及时推断，以了解动物在几亿年前可能是如何发展的。”
