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跟我们基因最近的虫亲属

 金戈001 2016-03-12

日本冲绳科技研究所(OIST)专家小组及其合作机构的研究人员排列了两种名为“橡虫”的小型水生动物的基因组,发现人类与它们共有的基因比跟其他许多动物的都要多,也就是说,这种虫子是我们的远方表兄弟姐妹。

研究发现,后口动物们共享有8600个基因。这个动物群包含了众多的生物体,有橡虫,海星,青蛙,狗,以及人类。这意味着,人类70%的基因可以追溯到原始的后口动物祖先那儿。OIST的科学家们对比了橡子虫与其他动物的基因,发现所有后口动物的共同祖先都有这些基因。这个祖先生活在5亿年前,已经灭绝。这次研究发现,后口动物的咽基因簇很特别,它跟咽的发育很有关系,在人类的身体部位上,咽连接着嘴巴、鼻子和食管。《自然》杂志发表了这些研究成果,这是一次国际性的合作,研究小组的成员来自美国、英国、日本、台湾和加拿大。

大约5.5亿年前,寒武纪爆发,出现了大批各种各样的动物。这次进化辐射造成了几种新动物的体型,永久地改变了地球上的生命,内脏有专门分工和特殊行为特征的复杂动物出现了。多亏科学家们对当代现存后口动物的基因做了排列,我们才能将视线拉回寒武纪,揭开已经失落的这类动物祖先的特征。

橡虫是海洋动物,居住在海床上,依靠其口腔与食管之间的缝口过滤海水流摄食。这些裂口是鱼鳃的远古造型,代表着某类动物的革命性进化,使得它们不同于苍蝇或蚯蚓。由于橡虫在进化上的地位对人类来说如此重要,研究人员排列了两组远古橡虫的基因,其一是大鼻子橡虫,是从夏威夷收集的,另一种是囊舌虫,是从大西洋采集的。“它们的基因填补了一个空白,让我们看到了所有后口动物祖先共享的基因。”本次研究的带头作者奥莱格·斯马克夫博士说。

除了给这两种生物体做基因排列,科研小组还对鉴别后口生物祖先的古代基因家族很感兴趣。科研小组把这两种橡虫的基因跟32种动物的基因做了对比,发现有大约8600个基因族的基因跟人类的一样,也就是说,跟进化有关。所有后口动物有什么基因,它们的祖先也有。人类的胳膊,鸟类的翅膀,猫的爪子,鲸鱼的鳍,都有共同的祖先。由于后来的基因复制和其他进化程序,人类一共有至少14000个基因,而这8600个基因,大约占了当今人类基因的70%。

该研究也对橡虫基因、人类基因和其他脊椎动物的基因进行了基因簇鉴别。这些古代基因簇,存在了5亿年,说明基因可能按照单元来活动。在脊椎动物和橡虫身体里,有个基因簇与咽头的发育有关,引起了人们的极大兴趣。所有后口动物都有这个基因簇,但是非后口动物,如昆虫、章鱼、蚯蚓和扁形虫就没有。橡虫和其他动物的咽功能是过滤食物,使食物进入消化系统。而人类的这组基因簇,促进了甲状腺和咽头的形成。科学家们认为人类甲状腺与橡虫咽的过滤喂食机制有关系。咽基因簇包含六个基因,在所有后口动物身上,其排列一样,还包括4个蛋白质基因,它们是主要负责调控激活许多其他基因的转录调控因子。每一代的基因排序都如此。

“对橡虫基因的分析,让我们能一瞥寒武纪祖先们的复杂性,为咽发育和过滤摄食类生命形式之间的联系提供了支持。”斯马克夫博士说。

最近OIST科研小组也在给章鱼和珊瑚虫做基因排序。

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