我国粹者又立解脊椎植物肺脏来源演化之谜

器官的来源跟演变始终是性命迷信范畴最为基本而又充斥挑衅的迷信成绩之一。2月14日，东南产业年夜学飞翔策略团队生态情况学院王堃、邱强跟王文教学团队在《天然·生态与退化》（Nature Ecology Evolution）期刊继2024年8月宣布标记着脊椎植物成为顶级捕食者的器官——肝脏的演变构成研讨论文后，再次宣布该研讨团队对于脊椎植物主要器官——肺脏来源演变的研讨结果，持续从基因跟分子程度提醒了这些庞杂器官是怎样在演变进程中逐渐构成的。该研讨团队2021年在《细胞》（CELL）杂志宣布的研讨表现，肺与鱼鳔同源，至少在硬骨鱼先人中初现雏形，并早于泥盆纪晚期脊椎植物登岸变乱。另一方面，一些化石记载、发育形式跟分子数据则表示，肺可能来源于软骨鱼与硬骨鱼的独特先人，但其详细来源节点仍未明白。为懂得开肺脏退化之谜，该团队对多种植物的肺构造停止了普遍而过细的研讨。为懂得开肺脏退化之谜，该研讨团队对多种植物的肺构造停止了普遍而过细的研讨。研讨发明，肺脏的构成实在遵守了一套“遗传把持体系”，就比如一本具体的操纵手册，领导细胞怎样协同任务：这套体系批示着细胞怎样陈列成庞杂的血管分支，同时让肺部上皮细胞（形成肺壁的细胞）施展专门功效，从而打造出一个高效的气血交流平台。风趣的是，固然软骨鱼（比方鲨鱼跟鳐鱼）体内也具有构建肺脏所需的基本基因，但它们并不真正开展出肺脏。起因在于，这些基因在软骨鱼体内曾经被用到了其余义务上。比方，原来在肺顶用于下降名义张力、辅助呼吸的名义活性卵白基因，在软骨鱼中却重要担任免疫体系调控。他们进一步的研讨表现，真正促进肺脏构成的要害在于硬骨鱼先人奇特的基因调控收集。这一点的证据来自于对肺部特异性调控元件的具体剖析：在硬骨鱼先人中，有1040个专门调控肺脏发育的DNA序列，而在厥后得到了肺脏功效的生物，如某些蝾螈中，这些序列年夜多消散了，比拟之下，较晚期的调控元件则绝对坚持稳定。这一发明不只说明了为什么领有相干基因的软骨鱼却不演变出真正的肺脏，也与最新的化石研讨成果互为佐证，供给了对于脊椎植物呼吸体系来源于硬骨鱼先人的的一份新的、充斥压服力的证据。在后续的演变进程中，哺乳植物经由过程取得新的基因，开展出了更精细的肺泡构造，进步了气体交流效力。这标明，器官的演变既须要重组现有的基因收集，也须要取得新的基因，两种方法独特推进了器官功效的完美。该研讨团队还存眷了标记着脊椎植物成为顶级捕食者的器官：肝脏，其研讨结果曾于2024年8月在Nature Ecology Evolution杂志宣布。作为性命运动的代谢核心，肝脏能高效处置跟贮存养分物资，并存在解毒功效。经由过程具体剖析，研讨团队发明文昌鱼的肝盲囊跟脊椎植物的肝脏在细胞构成跟基因表白上有惊人的类似性。这标明，它们现实下去自雷同的退化来源，能够视为同源器官。进一步的研讨表现，脊椎植物退化进程中阅历了两次全基因组更加（2R-WGD），这种基因“更加”的景象年夜年夜增进了肝脏功效的庞杂化。举个例子，此次基因更加促进了仅在脊椎植物中呈现的一类特别细胞——肝窦内皮细胞。它们形成了一个低阻力、高浸透性的血管收集，不只进步了体内营养与废料的交流效力，同时在解毒、免疫防备跟构造再生中也表演着要害脚色。更有意思的是，在肝窦内皮细胞中，有九个要害基因表示得十分活泼，此中有五个基因恰是起源于那次全基因组更加。基因敲除试验表现，这些由基因更加发生的基因（也称为ohnologues）经由过程分工合作，对肝窦内皮细胞的发育起到了精致调控的感化，从而辅助构建了肝脏庞杂的三维构造及其杰出的再生才能。别的，新基因的呈现贯串了肝脏中心功效体系的退化过程。比方，在凝血体系中，要害因子，如凝血酶原跟纤维卵白原是经由过程基因复制跟功效分化而实现了凝血反映的精细把持；而在胆汁代谢进程中，跟着陈旧道路与新替换道路的一直完美，终极在羊膜植物中树立起了一套完全的胆固醇代谢调控收集。这些发明独特提醒，新基因在器官退化中施展了双重感化：它们既能作为生化反映的中心身分直接参加功效实现，也能作为调控节点，重塑细胞之间的互作收集，推进器官功效的一直庞杂化跟优化。生物退化研讨范畴相干专家以为，这些研讨结果展现了器官退化中的基因调控跟新基因翻新怎样推进构造跟功效的一直优化。无论是说明肺脏构成时特定基因收集的调控机制，仍是提醒肝脏在全基因组更加感化下怎样经由过程基因功效分化实现庞杂化，这些发明都为咱们懂得脊椎植物在漫上进化过程中怎样顺应情况供给了新的视角，也为将来生物医学与退化生物学范畴的研讨奠基了坚固的实践基本。文章相干信息：https://www.nature.com/articles/s41559-025-02642-6；                        https://www.nature.com/articles/s41559-024-02510-9