近期的《自然》(Nature)杂志以封面故事解释了神经嵴的起源:作为脊椎动物的一个远亲,独居海鞘有一个源自“神经板”边缘的细胞系。这些细胞表达几个神经嵴分化基因,但却没有神经嵴的某些明确特性(如长距离迁移)。然而,调控基因Twist的定向“误表达”就足以诱导这些特性中的一些。这些结果表明,神经嵴基因网络大部分是在被囊动物和脊椎动物分化前出现的,“间叶细胞”决定因子(如Twist)向“神经板”外胚层中的“共择”,对于脊椎动物“新头”的出现极为关键。 (1)此前的神经中枢发育的关键研究 近期发表在《自然·神经科学》上的另一项研究成果则揭示了行为进化和脑部起源之间的直接联系。研究人员通过比较小鼠和人类的心智能力发现,更高的心智功能在人类和小鼠身上均受控于相同的基因。 而今年在此之前,耶鲁大学已经在控制哺乳动物进化的几亿个基因突变研究中,发现三个最为关键的基因突变影响着调控蛋白质(包括SOX4、SOX11和SOX5)对DNA调控因子E4活性的刺激,而E4通过激活基因Fezf2来驱动皮质脊髓系统的发育,继而直接决定脊髓神经环路(该环中直接与大脑皮层相连)的形成,影响着神经中枢——大脑的发育,从而最终决定着哺乳动物的智慧。 比海鞘的神经进化更晚、比哺乳动物的神经进化更早的是,大约5.4亿年前的寒武纪“大爆发”时期,节肢动物已经出现了具有先进大脑的信号,相应的研究成果同样已在今年下半年发表。英国伦敦自然历史博物馆的古生物学研究人员在抚仙湖虫化石的研究中,发现该节肢动物的大脑由3个部分构成,并且在眼柄中留有神经组织的痕迹。该研究成果也将寒武纪生物与现代动物的神经系统联系了起来。 而英国布里斯托地球科学学院对更早期(7亿年前)的海洋生物研究则表明,水母型刺胞生物首先进化形成了视蛋白(这是视网膜感光细胞的一种光敏蛋白质耦合受体),从而具备了探测光线的视力。这为揭示人类视力何时以及如何进化提供了重要线索。 (2)近期其他进化研究成果 除了神经领域的进化研究成果外,近期其他方面的进化研究中也取得了不少进展。例如,西班牙巴勃罗·德·奥拉维德大学的遗传研究人员通过技术手段使斑马鱼胚胎中的HOXD13基因实现过度表达,这促成了该胚胎新软骨组织的产生和鱼鳍组织的减少,进而使鱼鳍转化成了“腿”。该研究成果说明了生物成功地从海洋“游”到了陆地上的“行走”机制,发表于《发育细胞》(Developmental Cell)杂志上。 除了鱼类的研究成果外,鸟类的进化也取得了进展。科学家近期在《自然》杂志上公布了一张包含有地球上每一种鸟类的族谱图,揭示了鸟类自恐龙世纪以来的进化历程,从而为研究地球物种多样化提供了便利。这一研究表明,物种的形成实际上是加快,而不是放缓。 而在水生爬行动物之一中龙(mesosaurs)的研究中,乌拉圭古生物学家发现了保存非常完好的中龙胚胎化石,这意味着胎生方式在脊椎动物进化的早期就已经出现。 德国科学家则完成了“从猿到人”的新研究,认为古人的直立进化过程并不是持续性的,而是随着地域、环境的改变多次反复。在外界环境变化的驱动下,东非的古猿进化为直立行走的古人类,时间应该在距今500万~800万年之间。但是,目前已经找到的古人类化石,依然缺乏从爬行到直立过渡的证据。 (3)生物进化研究的计算机模拟分析 在上述的部分研究中,研究人员采用了一些新的研究手段,比如对于水母视蛋白的研究就利用计算机模拟分析结合了来自所有相关动物谱系的全部有效基因信息,测试了迄今提出的每一种视蛋白进化假设。 西班牙基因组调控中心和庞培法布拉大学的研究人员同样利用了计算机来分析大量实验数据以了解不同基因版本产生的机制,研究从鱼、鸟到人类等生物体的基因组,调查基因变异与进化的速度、影响和机制。研究发现了不同的物种中大多数氨基酸置换具有不同的适应性影响,这也为分子进化遗传学的研究提供了新的策略和思路。 (江洪波 整理) |