图片：马修·朗肖根/加州大学圣地亚哥分校 |
化石记录中包含了动物在时间推移过程中发生巨大进化变化的众多例子。然而，基因改变究竟是如何导致这些宏观进化变化的，一直难以确定。现在，对丰年虾和果蝇发育生物学的新研究可能会揭示这个问题。根据《自然》杂志今天在线发表的一份报告，在指导胚胎发育的基因中发生的突变使得昆虫能够从其大约4亿年前的甲壳纲样祖先发展出截然不同的身体结构。
加州大学圣地亚哥分校的研究团队专注于所谓的Hox基因，这些基因是在包括人类在内的所有动物的胚胎发育过程中控制其他基因开关的“主开关”。其中一个Hox基因，被称为Ubx，在果蝇的胸部区域抑制100%的肢体发育，但在丰年虾卤虫（右图）中仅抑制15%。研究人员确定，Ubx的修饰将使得卤虫多肢体的、甲壳纲样古代近亲失去其后肢，从而产生了六足昆虫。团队成员威廉·麦金尼斯解释说：“在昆虫进化之前，Ubx蛋白并没有关闭腿部形成所需的基因。” “在昆虫的早期进化过程中，这个基因及其编码的蛋白质发生了变化，现在它们会关闭那些制造腿所需的基因，基本上将那些腿从昆虫的腹部移除了。”
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除了阐明身体设计中的重大转变是如何进化的之外，这项新发现还可以帮助科学家更好地了解某些人类疾病和畸形。“如果你将[Ubx]与许多其他相关基因进行比较，你会发现它们在序列中共享某些区域，这表明它们的功能可能像这个基因一样受到调节，”主要研究作者马修·朗肖根评论道。“这可能会确定，不仅是这个基因，而且是许多不同生物体中的相关基因是如何真正起作用的。”他说，这些基因中有许多与癌症和发育异常有关，“它们或许可以解释其中一些情况是如何产生的。”