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原始鱼类的海底混洗阐明了步行的起源

2020-02-18 15:03:05来源:

一项研究显示,允许人类和其他哺乳动物四处走动的基因和神经细胞也可以在称为溜冰鞋的原始鱼类中找到。这些发现表明,行走所必需的神经细胞比以前想象的要早发展了几百万年。

通过研究小滑板(Leucoraja erinacea),它是可以在海底行走的鲨鱼和射线的近亲,一组神经科学家发现控制这种能力的神经网络与哺乳动物的神经网络相同。该结果于2月8日发表在Cell1上,支持这样一种论点,即控制行走的神经至少在4.2亿年前出现在鱼类中,这距第一批四足动物从海洋中爬出2千万年前还没有。

该分析提供了一些唯一直接的证据,表明在脊椎动物移到土地上之前就出现了行走的神经细胞。新泽西州皮斯卡塔韦市罗格斯大学的进化生物学家中村哲也说,骨骼,牙齿和其他坚硬的身体结构在化石记录中得到了很好的保存,但是诸如肌肉和神经之类的较软的组织却迅速腐烂,并经常消失。因此,如果研究人员想研究控制古代动物运动的神经,他们通常会转向科学家认为是其祖先的良好近似的现代生物。

纽约州伊萨卡市康奈尔大学的神经科学家约瑟夫·费乔(Joseph Fetcho)说:“他的研究是对肢体控制回路起源的首次深入研究。”有些鱼类与哺乳动物的关系更密切,它们可以在海底行走3。Fetcho说,相对原始的溜冰鞋能够以与人们相同的方式移动其四肢,这“非常酷”。“没有我们认为的那么特别。”?

一小步

溜冰鞋与几亿年前居住在海洋中的祖先相比变化不大。他们使用一组大型脚蹼游泳,并使用另一组较小的脚蹼在海底行走。纽约市纽约大学医学院神经科学家杰里米·戴森说:“当你看溜冰鞋行走的视频时,这些鳍看起来很像腿。”鳍也像腿一样运动。当鱼爬行时,左右鳍交替弯曲和伸展,就像我们奔跑时的腿一样。

那不仅仅是巧合。研究人员发现,控制溜冰者的四肢弯曲和伸直肌肉的神经细胞也存在于溜冰鞋中。更重要的是,当达森和他的团队研究了使滑冰鞋移动的神经细胞中表达的基因时,他们发现其中很多都出现在滑冰鞋和哺乳动物中。

由于这些相似性,研究人员得出结论,大约4.2亿年前,步行所需的神经网络可能已经存在于溜冰鞋和哺乳动物的共同祖先中。但是,滑冰者和人类如何发展两条肢体行走的能力仍是一个谜。加州斯坦福大学的神经科学家Heekyung Jung说,他们可能是使用共同祖先中存在的一组共享基因和神经细胞独立开发的。

但是一些研究人员在解释结果时要谨慎。伊利诺伊州芝加哥大学的进化生物学家迈克尔·科茨(Michael Coates)说:“在看任何生物群时必须非常小心,并认为它代表着祖先的状况。”为了证实溜冰鞋和人类的共同祖先具有一套行走的基因和神经细胞,研究小组应该分析更大的动物样本,包括与哺乳动物关系更密切的鱼类。

但是,达森仍然希望这一研究领域可以带来更大的发展。他说,通过研究每个步行鳍仅使用六个肌肉群的溜冰鞋,科学家们可以发现控制步行的神经网络是如何在新近进化的生物体(如老鼠和人)中连接的,这些生物利用数百条肌肉来运动。最终,这些知识可以帮助医生修复脊髓损伤中受损的电路,或治疗影响人移动能力的神经系统疾病。