鳍进化为手的证据找到了

田也

古生物学家已经证实，为适应环境需要，远古总鳍鱼类适应水下生活的偶鳍（包括胸鳍与尾鳍各一对——译者注）逐渐进化为强壮的骨质结构，已灭绝的早期鱼类提塔利克鱼就是其中之一。这种进化使得早期四足动物能够在浅海或陆地上爬行。但是，令进化生物学家感到疑惑的是，被称为端骨的现代陆地动物的骨骼结构——包括手腕和手指及脚踝和脚趾——与现代鱼的鳍骨在形态上没有明显的相似性。

2014年12月22日，研究人员在美国的《国家科学院院刊》上发表文章称，研究人员在斑点雀鳝身上发现了哺乳动物端骨构造的早期遗传信息。斑点雀鳝是一种非典型鱼，其基因序列最近才被确定。

“化石研究表明，手腕、手指和足趾都是由适应水下生活的结构进化而来的。”尼尔·舒宾博士说。尼尔·舒宾是芝加哥大学的有机体生物学和解剖学家，他领导的研究小组在2004年发现了提塔利克鱼。“但是鳍与四肢的功能不同，自从分化以来，二者分别朝不同的方向演化。我们试图把基因和分子数据与化石记录结合起来研究，从而进一步探索二者之间的关系。”

最初基于形态对比将鳍骨与陆地动物四肢骨骼联系起来的努力都以失败告终，是因为陆地动物的端骨与大多数鳍骨都不一样。人类的腕关节由一些细小结节组成，与构成手指的长而细的指骨相连。现代鱼的鳍骨看起来就大不相同了，骨头较长，边缘末端有一组细小的骨头，被称作桡骨。

形成骨头的原始基因，即HoxD和HoxA基因簇，也各不相同。研究人员首先测试了硬骨鱼——多骨的鳍刺鱼——身上控制HoxD和HoxA基因“开关”的能力大小，看它们如何塑造生长中的转基因老鼠的四肢。但是，鱼的控制开关对端骨的形成似乎没有作用。研究人员意识到，硬骨鱼并非研究远古基因运作机制的理想对象。他们在寻找形成腕骨与指骨/趾骨的基因开关时，发现了“缺失保守性序列”的硬骨鱼物种。

他们将问题追溯到硬骨鱼的基因突变上。大约3亿年前，有可能进化为硬骨鱼的类鱼生物从其他多骨鱼中分化出来后，硬骨鱼类谱系上的共同祖先经历了全基因组倍增的过程——一种在进化过程中多次出现的现象。

全基因组倍增过程通过复制硬骨鱼的全套基因而使硬骨鱼具有多样化的巨大潜能，随着时间的迁移，有助于硬骨鱼适应更加多样化的环境。“在这个过程中，控制端骨形成的‘基因开关’可以随意‘开合’，从而改变基因的一些功能，也使得比较其与其他动物——比如老鼠——基因的不同难度更大。”安德鲁·R.耶尔克如是说。他是舒宾实验室的一名研究生，也是相关论文的第一作者。

并非所有的硬骨鱼都要经历全基因组倍增的过程。斑点雀鳝鱼，一种原产于北美的淡水鱼，就是在全基因组倍增过程前从硬骨鱼中分化出来的。研究小组通过将斑点雀鳝的Hox基因簇控制基因与四足动物的进行比较，发现它的远端桡骨末梢与四足动物的端骨具有很高的相似性。研究人员将控制斑点雀鳝鱼鳍生长的基因植入幼鼠，以观察其对幼鼠生长的影响，结果发现，这些幼鼠的生长与受控于老鼠基因组的幼鼠“几乎无异”。

因此，研究人员得出结论，即“晚近的Hox基因片段对四足动物端骨的形成具有重要作用。总体来说，我们的研究成果验证了有关这种基因远古来源的猜测”。