古代鱼类比陆地动物更早地在海底行走

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小鳐鱼已经游泳和行走了数亿年。杰夫·罗特曼/图片库/盖蒂图片社

你从哪里学会走路的?和许多人一样,你可能会猜测我们脊椎动物的步态起源于最早从海里爬出来的脊椎动物,但是发表在《细胞》杂志上的研究2018年2月8日,第一批行走者是在水下完成的。

大约3.82亿年前,泥盆纪晚期脊椎动物入侵陆地,这在地球历史上是一件大事。我们的四足动物祖先以前生活在海洋中,后来来到了陆地,在数百万年的时间里,他们用鳍和鳃换取了四肢和肺。(四足动物指的是有两对四肢的脊椎动物。)

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这是一个快速视频刷新,由《细胞》杂志和合著者、副教授杰里米·s·达森及其同事提供:

研究小组说,值得注意的是,在第一个四足动物昂首阔步前数百万年,参与活动肢体控制的神经回路就已经建立起来了。换句话说,大部分软件在硬件出现之前就已经就位了。

研究人员研究了小鳐鱼的神经回路。Leucoraja erinacea).这软骨鱼类可能看起来没什么,但它被认为是现存的最原始的脊椎动物之一。回到大约4.2亿年前,你会发现冰鞋和四足动物的共同祖先。

这种小鳐鱼也很有趣,因为它是几种在海底“行走”的鱼类之一。鳐鱼用它的大胸鳍游泳,用它的小腹鳍左右交替地行走,很像陆地动物的步态。这种相似性给研究人员留下了深刻的印象,但这种相似性不仅仅局限于运动。

达森和他的同事利用RNA测序来研究鳐鱼运动神经元中的表达基因。许多这样的基因也出现在哺乳动物身上,其中包括涉及弯曲和伸直四肢的肌肉控制的神经亚型。根据研究结果,这构成了行走的保守遗传程序。

达森说,“游泳”和“行走”都不能准确地描述鳐鱼的运动,但考虑到语言以人类为中心的本质,这也许并不太令人惊讶。

达森在电子邮件中写道:“我把鳐鱼模式称为‘动态游泳’,而轴向/尾鳍模式更像是‘脊椎游泳’。”“移动式游泳模式确实使滑冰动物和四足动物都能行走。”

这项研究揭示了水下行走的历史,但研究人员希望它能提高对运动神经元的理解,甚至是对水下行走的治疗人类神经系统疾病

达森强调说,虽然高等生物的神经复杂性阻碍了我们对老鼠等动物的研究,但小鳐鱼古老的简单性使它成为一个完美的起点。

达森说:“我认为研究冰鞋中的神经回路的优势之一是,他们可以通过相对简单的神经元和肌肉之间的连接来完成这种行为。”“我们希望能够利用这种简单性来理解控制行走的电路的基本结构。”

在人类或其他四足动物中,这些回路的确切线路仍然没有完全了解,但这些知识有一天可能有助于治疗和修复人类脊髓损伤和运动神经元疾病,如肌萎缩性侧索硬化症(ALS)。

但俗话说得好,先会爬再会走——或者我们应该说游泳吗?

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