圖片：馬修·朗肖根/加州大學聖地亞哥分校 |
化石記錄中包含了動物在時間推移過程中發生巨大進化變化的眾多例子。然而，基因改變究竟是如何導致這些宏觀進化變化的，一直難以確定。現在，對豐年蝦和果蠅發育生物學的新研究可能會揭示這個問題。根據《自然》雜誌今天線上發表的一份報告，在指導胚胎髮育的基因中發生的突變使得昆蟲能夠從其大約4億年前的甲殼綱樣祖先發展出截然不同的身體結構。
加州大學聖地亞哥分校的研究團隊專注於所謂的Hox基因，這些基因是在包括人類在內的所有動物的胚胎髮育過程中控制其他基因開關的“主開關”。其中一個Hox基因，被稱為Ubx，在果蠅的胸部區域抑制100%的肢體發育，但在豐年蝦滷蟲（右圖）中僅抑制15%。研究人員確定，Ubx的修飾將使得滷蟲多肢體的、甲殼綱樣古代近親失去其後肢，從而產生了六足昆蟲。團隊成員威廉·麥金尼斯解釋說：“在昆蟲進化之前，Ubx蛋白並沒有關閉腿部形成所需的基因。” “在昆蟲的早期進化過程中，這個基因及其編碼的蛋白質發生了變化，現在它們會關閉那些製造腿所需的基因，基本上將那些腿從昆蟲的腹部移除了。”
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除了闡明身體設計中的重大轉變是如何進化的之外，這項新發現還可以幫助科學家更好地瞭解某些人類疾病和畸形。“如果你將[Ubx]與許多其他相關基因進行比較，你會發現它們在序列中共享某些區域，這表明它們的功能可能像這個基因一樣受到調節，”主要研究作者馬修·朗肖根評論道。“這可能會確定，不僅是這個基因，而且是許多不同生物體中的相關基因是如何真正起作用的。”他說，這些基因中有許多與癌症和發育異常有關，“它們或許可以解釋其中一些情況是如何產生的。”