天天動(dòng)態(tài):一個(gè)令人費(fèi)解的謎團(tuán)：為什么蠑螈會(huì)失去它們的肺？

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他們的發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

無肺螈科是物種最豐富的蠑螈科，占了目前所有蠑螈多樣性的三分之二以上。所有成年的無肺螈科目動(dòng)物都沒有肺，只通過非肺組織呼吸，主要是皮膚和口腔及喉嚨的粘膜。肺的喪失至少在遠(yuǎn)緣兩棲動(dòng)物中獨(dú)立發(fā)生過四次，在兩棲動(dòng)物以及一些脊椎動(dòng)物中都有更多的肺減少或喪失的案例。然而，這種損失的發(fā)展解釋是未知的。

“鑒于無肺蠑螈占所有蠑螈物種的大約三分之二，顯然無肺蠑螈做得很好，”研究主要作者、前博士生Zachary R. Lewis說，“也許失去肺使這種顯著的進(jìn)化成功得以實(shí)現(xiàn)，而不是阻礙?！?/p>

這項(xiàng)研究建立在Lewis在資深作者 James Hanken教授的實(shí)驗(yàn)室的博士工作基礎(chǔ)上。 Lewis、 Hanken和共同作者蓋茨堡學(xué)院的 Ryan Kerney副教授使用組織學(xué)和微型CT檢查了有肺和無肺蠑螈的肺部發(fā)育形態(tài)。他們發(fā)現(xiàn)，無肺蠑螈在胚胎期的肺部發(fā)育與其他物種的肺部發(fā)育方式相同。研究人員隨后采用原位雜交和RNA測序技術(shù)證明，無肺蠑螈胚胎發(fā)育過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)不僅在形態(tài)上與肺相似，而且在表達(dá)的分子方面也與肺相似。

研究人員認(rèn)為，由于缺乏維持肺部發(fā)育的線索，肺部發(fā)育在這些物種中停止了，這些線索出現(xiàn)在環(huán)繞發(fā)育中的肺部的組織-肺間質(zhì)。

“我們把來自有肺蠑螈的間質(zhì)放入無肺蠑螈的胚胎中，并讓它發(fā)育，”Lewis說，“它導(dǎo)致了類似于肺的結(jié)構(gòu)的形成，提供了一些證據(jù)表明無肺蠑螈仍然有能力繼續(xù)發(fā)育肺?！?/p>

這項(xiàng)研究還證實(shí)了Amy Grace Mekeel1936年的博士論文，該論文挑戰(zhàn)了生物學(xué)家提出的領(lǐng)先理論，即成年咽部的輕微褶皺是一個(gè)殘存的肺，自無肺螈科最初的肺部喪失后一直存在。Mekeel描述了一種在胚胎中形成的"肺部前體"，但在其孵化時(shí)已經(jīng)消失。

“肺部前體在無肺蠑螈胚胎孵化前出現(xiàn)并消失，正如Mekeel所描述的那樣，”Kerney說，“這項(xiàng)工作證明了Mekeel早期的論述，并使最初的成年遺跡假說不攻自破。”

這項(xiàng)研究顯示，盡管在至少2500萬年甚至可能超過6000萬年的時(shí)間里沒有功能性的成體肺，但肺部的發(fā)育-遺傳途徑至少是部分保守的。了解無肺螈科的肺部損失的進(jìn)化也可以闡明其他脊椎動(dòng)物的器官損失。

Lewis表示：“將來，如果這些遺傳機(jī)制被揭示出來，我們將更全面地了解進(jìn)化是如何消除像肺這樣的器官的，長期以來人們認(rèn)為肺對實(shí)現(xiàn)陸地上的生命至關(guān)重要。”