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科學家展示了一些地球上最早的動物是如何進化的

科學


科學家展示了一些地球上最早的動物是如何進化的


熒光圖像顯示兩個必需片段極性基因在60hpf(受精后數小時)和72hpf時的基因表達 。鳴謝:斯托斯醫學研究所
據斯托斯醫學研究所：由于缺乏骨骼、大腦，甚至完整的腸道，像?？@樣簡單動物的身體結構似乎與人類及其脊椎動物親屬沒有什么共同之處 。然而，Stowers醫學研究所的研究員Matt Gibson博士的新研究表明 ， 外表可能具有欺騙性，一個共同的遺傳工具包可以以不同的方式部署，以驅動胚胎發育，產生非常不同的成人身體計劃 。
眾所周知，?？⑸汉骱退鼈兊乃赣H戚與6億多年前生活在地球古老海洋中的人類有著共同的祖先 。吉布森實驗室的一項新研究發表在《當代生物學》上，闡明了小?？鹶ectensis的身體發育的遺傳基礎 。這一新知識生動地描繪了地球上一些最早的動物是如何從卵到胚胎再到成年的 。
“研究線蟲的發育遺傳學有點像把時間機器帶到非常遙遠的過去，”吉布森說 ?！拔覀兊墓ぷ髯屛覀兛梢詥栆粏柡芫靡郧暗纳钍鞘裁礃幼印诳铸埑霈F之前的幾億年 。古代動物是如何從卵發展到成體的 ， 指導胚胎發育的遺傳機制在多大程度上歷經千年？”
大多數當代動物，從昆蟲到脊椎動物，都是通過形成一系列首尾相連的節段來發展的 ， 這些節段根據它們的位置呈現不同的身份 。在給定的區段內，還有一個極性軸通知細胞它們是在區段的前面還是后面 ?？偟膩碚f，這被稱為片段極化 。

科學家展示了一些地球上最早的動物是如何進化的


發育中的海葵三維表達圖譜 。來自72小時大的?？毎膯渭毎鸕NA測序數據被投影到一個3D虛擬空間中 。鳴謝:斯托斯醫學研究所
來自Gibson實驗室的前博士研究員Shuonan He博士發現了海葵Nematostella vectensis發育過程中涉及的基因，這些基因指導節段的形成和指導節段極性程序的其他基因，與包括人類在內的生命進化樹上的更高級生物驚人地相似 。
吉布森說:“重要的是，構建極其不同的動物身體結構(例如，?？腿祟?的基因指令極其相似 ?！?。"基因邏輯大體上是相同的."
這項新研究建立在吉布森實驗室發表在《科學》雜志上的2018年研究基礎上，該研究表明 ， 海葵在發育早期具有內部雙側對稱性 ， 有八個放射狀部分 。這項研究表明，Hox基因——對人類發展至關重要的主發育基因——可以劃定節段之間的界限，并可能在節段構建中發揮著古老的作用 。
該團隊的最新發現探索了片段是如何形成的，以及是什么導致了它們身份的差異 。利用空間轉錄組學，或片段之間基因表達的差異，研究小組發現了數百個新的片段特異性基因 。其中包括兩個關鍵基因，它們編碼在Hox基因控制下控制節段極化的轉錄因子，并且是海葵肌肉正確放置所必需的 。
地球上驚人的生物多樣性可以和樂高積木的組裝相提并論 ?！盁o論你構建一只恐龍，一只?？?，還是一個人，盡管動物形態大相徑庭，但許多核心基因構建模塊在很大程度上是相同的，”吉布森說 。
這是科學家第一次有證據表明前雙側動物的節段極化有分子基礎 。雖然在果蠅和人類等雙邊物種中進行了廣泛的研究，但刺胞動物具有分段性的想法是出乎意料的 ?，F在，研究小組有證據表明這些部分也是極化的 。

科學家展示了一些地球上最早的動物是如何進化的


胚胎階段的?？鹶ectensis Nematostella的口腔視圖(左)與從側面看到的幼年珊瑚蟲(右)的比較 。胚胎中的片段(S2-S8)發育成珊瑚蟲的觸角(T2-T8) 。鳴謝:斯托斯醫學研究所
吉布森說:“這提供了進一步的證據，表明調查各種各樣的動物可能對理解一般原理有直接的影響，包括那些適用于人類生物學的原理 ?！?。“更進一步，通過了解?？l育的邏輯并將其與我們在脊椎動物中看到的進行比較 ， 我們還可以及時推斷 ， 以了解動物在幾億年前可能是如何發展的 ?！?br/>