科学家展示了地球上一些最早的动物是如何进化的

由于缺乏骨骼、大脑，甚至是完整的内脏，海葵等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。尽管如此，Stowers医学研究所研究员MattGibson博士的新研究表明，外表可能具有欺骗性，并且可以以不同的方式部署共同的遗传工具包来驱动胚胎发育，从而产生截然不同的成人身体计划。

众所周知，海葵、珊瑚和它们的水母近亲与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。吉布森实验室发表在《当代生物学》上的一项新研究阐明了小海葵Nematostellavectensis身体计划发育的遗传基础。这一新知识生动地描绘了地球上一些最早的动物如何从卵到胚胎再到成年的过程。

“研究线虫的发育遗传学有点像乘坐时光机回到遥远的过去，”吉布森说。“我们的工作使我们能够追问很久以前的生活是什么样的——比恐龙早了数亿年。古代动物是如何从卵发育成成年动物的，以及指导胚胎发育的遗传机制在多大程度上持续了数千年?”

大多数现代动物，从昆虫到脊椎动物，都是通过形成一系列从头到尾的节段来发育的，这些节段根据它们的位置呈现出不同的身份。在给定的片段中，还有一个极性轴通知细胞它们是在片段的前面还是后面。总的来说，这被称为分段极化。

吉布森实验室前博士前研究员何硕南博士发现了海葵Nematostellavectensis发育过程中涉及的基因，这些基因指导片段的形成和其他指导片段极性程序的基因与更高层次的生物惊人地相似生命进化树，包括人类。

“重要的是，构建极其不同的动物身体计划的遗传指令非常相似，例如海葵和人类，”吉布森说。“遗传逻辑在很大程度上是相同的。”

这项新研究建立在吉布森实验室2018年发表在《科学》杂志上的一项研究的基础上，该研究表明海葵在发育早期具有内部双侧对称性，具有八个径向部分。该研究表明，Hox基因——对人类发育至关重要的主要发育基因——起到划定片段之间边界的作用，并且可能在片段构建中发挥着古老的作用。

该团队的最新发现探讨了细分是如何形成的，以及是什么导致了他们的身份差异。利用空间转录组学，或片段之间基因表达的差异，该团队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，它们编码转录因子，这些转录因子在Hox基因的控制下控制片段极化，并且是正确放置海葵肌肉所必需的。

地球上生物的惊人多样性可以与乐高积木的组装相提并论。吉布森说：“无论你构建的是恐龙、海葵还是人类，尽管动物形态截然不同，但许多核心基因构建块在很大程度上是相同的。”

这是科学家们第一次有证据表明前两栖动物的节段极化存在分子基础。虽然对果蝇和人类等双侧物种进行了广泛研究，但刺胞动物具有分割的想法是出乎意料的。现在，该团队有证据表明这些部分也是两极分化的。

吉布森说：“这提供了进一步的证据，表明调查广泛多样的动物可以对理解一般原则产生直接影响，包括那些适用于人类生物学的原则。”“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可能如何在数亿年前发育。”