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陆生生物最早的生殖器进化与它们的四肢发育有关

蜥蜴拥有双阴茎,最新的研究显示其起源可能与四肢的产生有关。

蜥蜴拥有双阴茎,最新的研究显示其起源可能与四肢的产生有关。

屋蛇胚胎,可以看到在其尾部(右下方)发育的双阴茎结构。

屋蛇胚胎,可以看到在其尾部(右下方)发育的双阴茎结构。

蛇的交配

蛇的交配

11天大的蛇类胚胎,可以看到在其尾部末端正在发育的双阴茎结构。

11天大的蛇类胚胎,可以看到在其尾部末端正在发育的双阴茎结构。

(神秘的地球报道)据新浪科技(晨风):英国广播公司(BBC)网站报道,脊椎动物从海洋抵达陆地,中间需要经历神奇的进化过程。它们的海洋生物祖先并不需要外部生殖器官,但它们生活在陆地上的亲戚则需要。现在,一项新的研究工作揭示了陆生生物如何进化出生殖器官背后的基因改变。这项研究发表在顶级期刊《自然》杂志上,这篇文章中指出,陆生生物最早的生殖器进化与它们的四肢发育有关,至少在蛇以及蜥蜴的身上是这样。

它们的阴茎要想发育成长,必须要有一个信号中心发出指令,让相关的基因做出响应。起初,研究人员希望了解为何蛇没有长出四肢,但他们很快发现在阴茎发育的早期,情况与四肢生长早期的情形非常相似。他们发现,在一定的条件下,蛇或蜥蜴胚胎内形成四肢的细胞最终会成长为阴茎。

生殖器

研究组通过移动泄殖腔位置的方式开展研究,这正是上文中提到的发出信号的那个源头。这是一个过渡性的胚胎结构,其功能便是发出指令分子信息,让相应的基因功能开启或关闭。

这项研究的首席科学家,美国哈佛大学医学院教授帕特里克·蒂晓普(Patrick Tschopp)博士表示:“这项研究显示在生殖器发育过程中,哪些种类的细胞会被纳入的选择上存在灵活性。我们的工作所展示的是,如果你将这个泄殖腔移植到肢体或尾部,那里的细胞会开始显示变化,它们开始发育成为生殖器。”

蒂晓普对BBC新闻的记者表示:“换句话说,只要改变分子信号发生的位置,你就能改变分子的发育方向。”为了改变这些分子的命运,研究人员在这些细胞发育的整个过程中对它们进行全程追踪观察。

“征召”细胞

随后他们开始尝试利用基因的信使——RNA分子的手段去分析胚胎细胞的基因成分,目的是查明在此过程中具体有哪些基因功能发生了开启或关闭。研究结果发现在老鼠体内,其性器官的基因来源可以追踪到它的尾部细胞。研究人员表示这是因为泄殖腔位置的变化改变了它“征召”用于发育生殖器的细胞来源。

蒂晓普博士解释称,生殖器演化是另一种进化适应的案例,这对于陆上生物的生存是至关重要的,这就和鱼类为了登上陆地而进化出四肢一样。

对于这份论文,美国华盛顿大学圣路易斯分校的发育生物学家马良博士(音译:Dr Liang Ma)称赞其工作非常出色,认为其对于生殖器以及四肢发育机制的研究都非常重要。

他说:“这篇论文阐明了一个长期悬而未决的问题,那就是生殖器的发育问题。结果证明老鼠的发育机制很不寻常,与蛇类或小鸡不同。这项研究丰富了我们对此问题的认识,即认为生殖器与四肢之间拥有共同的起源,并提供了确凿的证据,证明这两种结构是如何在同一个生物体内实现协同发育的。”

根据另一项发表在《科学通报》上的研究结果,一个研究组对小鸡胚胎的生殖器发育情况进行了研究。他们使用了荧光染色手段标记小鸡胚胎中的小组细胞并跟踪它们的发育过程。

进化起源

研究结果发现在小鸡的体内,两组细胞群逐渐相互融合成为一组并最终形成小鸡的性器官。

研究论文合著者,美国霍华德休斯医学研究所的马丁·可汗(Martin Cohn)教授表示,由于外部生殖器的演化速度比任何其他器官都更快,因此在解剖学上便有了很多的解释。换句话说,由于其迅速演化,人们尚未完全清楚其背后的支配机制。

可汗表示:“总体而言,我认为这篇论文揭示了隐藏在性器官发育初期的某些深层次联系。似乎所有羊膜动物,包括爬行类,鸟类和哺乳类,都拥有非常相似的性器官发育机制。”

他说:“这些分子与基因层面上工具的作用是让我们得以比较不同物种之间的相关联程度,不仅是其器官的结构,也包括产生这些结构背后的基因机制。”





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