
一项新的演化分析指出,现代血液和免疫细胞可能保留着7亿年前从古老单细胞祖先那里继承的宝贵遗产。
早在人类、恐龙乃至鱼类出现之前,古老的单细胞生物可能已经携带着身体最重要系统之一——血液的遗传蓝图。京都大学一项最新研究表明,血细胞的起源可追溯到大约7亿年前,那时首批多细胞动物才刚刚开始出现。通过追踪免疫细胞和血细胞在不同物种间的演化历史,研究人员发现了证据,表明人类免疫系统的部分组成可能继承自远在复杂生命演化之前就已存在的微观祖先。
如今,血液的功能远不止运输氧气。它的细胞能捕获病原体、修复受损组织、引发炎症并协调免疫防御。然而,尽管对血细胞功能的研究已持续数十年,科学家们仍难以回答一个更基本的问题:这些细胞最初是从何而来?
为探究这一问题,研究团队开发了一种比较不同动物物种和细胞类型基因活性的新方法。他们利用这些数据构建了演化家谱,描绘了血细胞谱系在数亿年间如何出现和多样化。与许多以往研究不同的是,研究人员还将单细胞生物纳入分析,从而得以寻找现代血细胞与古老单细胞生命之间的遗传联系。
在所检测的人类血细胞谱系中,巨噬细胞显示出与单细胞生物最强的相似性。这表明最早的血细胞可能类似于巨噬细胞。
研究人员还将FOS基因追溯到大约7亿年前的单细胞祖先。FOS基因在动物物种的血细胞中广泛表达。他们的发现表明,第一批血细胞的出现与多细胞动物开始出现的大致时期相同。
这项研究指出,早期动物可能通过重用从单细胞祖先继承的遗传物质形成了第一批血细胞。分析还表明,肥大细胞随后从巨噬细胞分化出来,接着是原型T细胞和红细胞从肥大细胞中出现。原型B细胞似乎在肥大细胞分离后从巨噬细胞中分支出来。
通过重建跨越7亿年的血细胞演化家谱,研究人员发现,这段古老历史的痕迹仍然深植于现代血细胞的发育途径中。这项研究表明,如今在脊椎动物体内循环的血液和免疫细胞,是单细胞祖先传承下来的生物遗产的一部分。
团队负责人河本宏(Hiroshi Kawamoto)表示:‘这些发现让我深受感动,它们代表了我们工作的巅峰,并阐明了脊椎动物血细胞的分化途径反映了这些细胞7亿年的演化历史。’
西班牙演化生物学研究所的第一作者长畑洋介(Yosuke Nagahata)补充道:‘当我意识到这份如此久远的遗产正以血细胞的形式在我体内循环时,我感觉与我们遥远的祖先更亲近了。’
研究人员表示,这项研究开发的方法还可以帮助科学家们调查癌症等疾病的演化起源,从而可能增进对疾病机制的理解,并支持新疗法的开发。