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Nature：我们的四肢从何而来?我们的四肢从何而来?这是一个仍未解决和高度争议的主要进化步骤。 包括科罗拉多大学医学院的科学家在内的一项国际合作发现了关于成对附体起源的新线索——研究人员在今天发表在《Nature》杂志上的一篇文章中描述了他们的研究。 我们的四肢从何而来?这个问题已经争论了100多年。1878年，德国科学家卡尔·格根鲍尔提出，成对的鳍来源于一种叫做鳃弓的来源，这是鱼体内用来支撑鳃的骨环。另一些科学家则倾向于侧鳍假说，认为鱼的顶部和底部的侧鳍是成对鳍的来源。 “这是一个非常活跃的研究课题，因为长期以来它一直是一个智力挑战，已经成为一个有争议的话题，但它确实是进化生物学中一个非常基本的问题:我们的四肢从何而来?”共同通讯作者Christian Mosimann博士说，他是科罗拉多大学医学院发育生物学学部儿科副教授。“许多大型实验室研究了我们四肢如何发育和进化的各个方面。” 追逐奇怪的细胞 对于Mosimann来说，对四肢从何而来的研究是他在CU Anschutz医学院的实验室进行的其他研究的一个分支。在他的实验室里，他的团队以斑马鱼为模型来理解从细胞到器官的发育。他和他的团队研究细胞如何决定它们的命运，寻找发育如何出错导致先天性异常的解释，特别是心血管和结缔组织疾病。 在此过程中，Mosimann和他的实验室团队观察了一种具有结缔组织细胞特征的特殊细胞类型，即与心血管系统共享发育起源的所谓成纤维细胞，如何迁移到斑马鱼的特定发育鳍中。事实证明，这些细胞可能支持成对附属物进化的竞争理论之间的联系。 “我们一直都知道这些细胞很奇怪，”他说。“这些看起来像成纤维细胞的细胞进入了所谓的腹鳍，也就是发育中的斑马鱼腹部的鳍。除了胸鳍(相当于我们的手臂)外，类似的成纤维细胞不会爬进任何其他鳍中。所以我们一直注意到这些特殊的成纤维细胞，多年来我们一直无法弄清楚它们是什么。” Mosimann实验室已经开发了几种技术来跟踪发育过程中的细胞命运，以追求他们的主要主题，这是对胚胎细胞层(称为侧板中胚层，lateral plate mesoderm)如何促进各种器官的更好理解。侧板中胚层是心脏、血管、肾脏、结缔组织以及四肢的主要部位的发育起源。 相当于我们手臂和腿的成对鳍是由来自侧板中胚层的细胞播种的，而其他鳍则不是。了解这些特殊的鳍是如何变得更像四肢的一直是一个长期争论的核心。 发展新理论 正在Mosimann实验室攻读细胞生物学、干细胞和发育项目博士学位的Hannah Moran采用了一种追踪有助于心脏发育的侧板中胚层细胞的方法，这样研究人员就可以追踪与肢体发育有关的特殊成纤维细胞。 “我的主要研究项目侧重于心脏的发育，而不是肢体的发育，”Moran说，“但我已经采用了一种基因技术来绘制早期心脏细胞的图谱，因此我们能够将这种技术应用于绘制腹鳍神秘细胞的来源。事实证明，它们也来自侧板中胚层。” 这一重要发现为我们如何进化胳膊和腿的大图景提供了一块新的拼图。越来越多的证据支持成对附属物进化的假设，称为双重起源理论。 “我们的数据很好地符合这个综合理论，但它也可以独立于侧鳍理论，”Mosimann实验室博士后Robert Lalonde博士说。“虽然成对的附属物来自侧板的中胚层，但这并不排除它们与未成对的侧鳍有古老的联系。” 通过观察胚胎发育的机制和比较现有物种的解剖结构，像Mosimann这样的研究小组可以发展出关于胚胎结构如何随着时间的推移而进化或被修改的理论。 Mosimann说:“胚胎的特征仍然是古代遗留下来的，它们还没有丢失，这为我们了解动物是如何进化的提供了洞见。我们可以利用胚胎来了解更多关于今天仍然存在的特征，让我们回到过去。我们看到身体有一种基本的、固有的倾向，形成双边、双面结构。我们的研究提供了一个分子和基因拼图来解决我们是如何拥有四肢的。它增加了这个100多年的讨论，但现在我们有了分子的见解。” 国际合作 与全国和世界各地实验室的同事合作是这项研究的另一个重要部分。这些科学家带来了额外的专业知识，并提供了来自其他模型的数据，包括白鲟、非洲爪蛙和一种名为Ranchu的裂尾金鱼的变种，以研究胚胎发育。 “在这篇论文中，有研究肌肉骨骼疾病、毒理学和纤维化的实验室。我们的工作涉及心血管、先天性异常、心肺异常、肢体发育，所有这些都与我们对侧板中皮层的兴趣有关，”Mosimann说。“然后，你们一起做出了这些根本性的发现。这就是团队科学使我们能够做一些不仅仅是部分之和的事情。” 尽管这项研究做了大量的工作，意义重大，但莫西曼团队认识到，这是关键的一步，但并不是关于成对附属物的争论的结束。 “我不会说我们已经解决了这个问题，或者甚至推翻了现有的理论，”Lalonde说。“相反，我们为回答一个主要的进化问题提供了有意义的数据。” 原文：A median fin derived from the lateral plate mesoderm and the origin of paired fins |
