小袋鼠的乳汁充當嬰兒的胎盤

基因表達分析表明,有袋動物胎盤呈現兩種不同的形式

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小袋鼠正在顛覆關於哺乳動物胎盤的科學慣例,胎盤是負責保護和滋養髮育中胎兒的器官。一項研究1發現,與科學家之前的想法相反,雌性塔瑪爾小袋鼠(Macropus eugenii)既有功能正常的內部胎盤,其乳汁也發揮著該器官的一些通常作用。

分類學家通常將有袋動物(包括袋鼠、小袋鼠和袋熊)與胎盤哺乳動物(也稱為真獸類,如小鼠和人類)區分開來。這種區分部分基於有袋動物被認為缺乏胎盤。但許多研究人員認為這種區分是不正確的,他們指出有袋動物在懷孕末期,就在發育不全的幼崽從子宮爬進母親的育兒袋之前,會發育出簡單的、類似胎盤的結構。這些只有兩層細胞厚的胎盤結構,為胎兒提供氧氣、營養和驅動發育的分子訊號,同時保護其免受母親免疫系統的攻擊。

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的進化生物學家德里克·懷爾德曼(Derek Wildman)說,有袋動物的胎盤與其他動物的胎盤看起來不同並不奇怪,因為即使是近緣物種也可能擁有看起來非常不同的胎盤,卻執行相同的功能。“就解剖學和生理學而言,它是哺乳動物中最可變的器官,”他說。


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母乳

有袋動物的妊娠期對於它們體型的哺乳動物來說非常短。塔瑪爾小袋鼠的體重在 6 至 9 公斤之間,妊娠期僅為 26.5 天,僅僅比大鼠長一點。然而,幼崽(或稱小袋鼠)在母親的育兒袋中繼續發育和哺乳近一年:與其他哺乳動物相比時間很長。這種發育不匹配使研究人員懷疑,小袋鼠的大部分發育是由母親乳汁的特殊功能驅動的。

為了確定有袋動物胎盤在出生前是否與真獸類哺乳動物胎盤的功能相似,加利福尼亞州斯坦福大學的進化生物學家朱莉·貝克(Julie Baker)和進化發育生物學家邁克爾·格恩西(Michael Guernsey)分析了塔瑪爾小袋鼠胎盤中表達的基因集合。當他們將表達模式與小鼠和人類胎盤的表達模式進行比較時,他們發現在胎兒出生前的最後幾天,該組織表達的基因與真獸類胎盤在胎兒發育早期階段表達的基因相同。

然後,研究人員分析了正在哺乳小袋鼠的塔瑪爾小袋鼠乳腺中表達的基因。他們發現,這種腺體組織表達的基因與真獸類胎盤在胎兒發育後期表達的基因相同。

丹麥奧登塞南丹麥大學的發育生物學家安東尼·卡特(Anthony Carter)說:“這是一項出色的工作。”他說,基因分析提供了一個有說服力的論點,即與普遍的看法相反,有袋動物擁有功能齊全的胎盤——它們只是採取了不同的形式。

多樣化的發育

格恩西說,這一發現表明,無論解剖學上有何差異,整個動物界的胎盤都可以表達同一套基因。這些差異可能是因為與其他器官相比,胎盤進化迅速。

貝克認為,快速進化可能是必要的,以便胎盤有效地保護胎兒免受母親免疫系統的攻擊,母親的免疫系統將後代視為外來入侵者。“胎盤正在進化,試圖躲避母親,並提出了這些非常奇異的策略”——包括在雌性有袋動物的乳汁中採取液體形式,她說。

懷爾德曼說,這一發現表明,哺乳可能在真獸類胎盤之前就已經進化出來,因為像鴨嘴獸和針鼴這樣的卵生哺乳動物會哺乳,但沒有胎盤。卵生類群早於有袋動物和真獸類。他讚揚了這篇論文,但表示研究人員可以比較更多物種(而不僅僅是小鼠和人類)的基因表達。他發表的一篇包含 14 種動物的論文發現,胎盤確實會根據物種的不同而表達不同的基因。2

貝克說,瞭解更多關於胎盤發育的資訊不僅可以幫助研究人員瞭解動物進化,還可以瞭解人類胎盤的可能功能,由於這項工作可能會傷害胎兒,因此無法即時研究。

本文經許可轉載,首次發表於2017 年 9 月 12 日

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