熒光圖像顯示兩個(gè)必需片段極性基因在60hpf(受精后數(shù)小時(shí))和72hpf時(shí)的基因表達(dá)。鳴謝:斯托斯醫(yī)學(xué)研究所
（神秘的家展進(jìn)化地球uux.cn）據(jù)斯托斯醫(yī)學(xué)研究所：由于缺乏骨骼、大腦，示地甚至完整的球上腸道，像海葵這樣簡單動(dòng)物的最早身體結(jié)構(gòu)似乎與人類及其脊椎動(dòng)物親屬?zèng)]有什么共同之處。然而，物何Stowers醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)研究員Matt Gibson博士的新研究表明，外表可能具有欺騙性，家展進(jìn)化一個(gè)共同的示地遺傳工具包可以以不同的方式部署，以驅(qū)動(dòng)胚胎發(fā)育，球上產(chǎn)生非常不同的最早成人身體計(jì)劃。
眾所周知，物何海葵、科學(xué)珊瑚和它們的家展進(jìn)化水母親戚與6億多年前生活在地球古老海洋中的人類有著共同的祖先。吉布森實(shí)驗(yàn)室的示地一項(xiàng)新研究發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》上，闡明了小海葵vectensis的身體發(fā)育的遺傳基礎(chǔ)。這一新知識(shí)生動(dòng)地描繪了地球上一些最早的動(dòng)物是如何從卵到胚胎再到成年的。
“研究線蟲的發(fā)育遺傳學(xué)有點(diǎn)像把時(shí)間機(jī)器帶到非常遙遠(yuǎn)的過去，”吉布森說。“我們的工作讓我們可以問一問很久以前的生活是什么樣子——在恐龍出現(xiàn)之前的幾億年。古代動(dòng)物是如何從卵發(fā)展到成體的，指導(dǎo)胚胎發(fā)育的遺傳機(jī)制在多大程度上歷經(jīng)千年？”
大多數(shù)當(dāng)代動(dòng)物，從昆蟲到脊椎動(dòng)物，都是通過形成一系列首尾相連的節(jié)段來發(fā)展的，這些節(jié)段根據(jù)它們的位置呈現(xiàn)不同的身份。在給定的區(qū)段內(nèi)，還有一個(gè)極性軸通知細(xì)胞它們是在區(qū)段的前面還是后面。總的來說，這被稱為片段極化。

發(fā)育中的海葵三維表達(dá)圖譜。來自72小時(shí)大的海葵細(xì)胞的單細(xì)胞RNA測序數(shù)據(jù)被投影到一個(gè)3D虛擬空間中。鳴謝:斯托斯醫(yī)學(xué)研究所
來自Gibson實(shí)驗(yàn)室的前博士研究員Shuonan He博士發(fā)現(xiàn)了海葵Nematostella vectensis發(fā)育過程中涉及的基因，這些基因指導(dǎo)節(jié)段的形成和指導(dǎo)節(jié)段極性程序的其他基因，與包括人類在內(nèi)的生命進(jìn)化樹上的更高級(jí)生物驚人地相似。
吉布森說:“重要的是，構(gòu)建極其不同的動(dòng)物身體結(jié)構(gòu)(例如，海葵和人類)的基因指令極其相似。”。"基因邏輯大體上是相同的."
這項(xiàng)新研究建立在吉布森實(shí)驗(yàn)室發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的2018年研究基礎(chǔ)上，該研究表明，海葵在發(fā)育早期具有內(nèi)部雙側(cè)對稱性，有八個(gè)放射狀部分。這項(xiàng)研究表明，Hox基因——對人類發(fā)展至關(guān)重要的主發(fā)育基因——可以劃定節(jié)段之間的界限，并可能在節(jié)段構(gòu)建中發(fā)揮著古老的作用。
該團(tuán)隊(duì)的最新發(fā)現(xiàn)探索了片段是如何形成的，以及是什么導(dǎo)致了它們身份的差異。利用空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)，或片段之間基因表達(dá)的差異，研究小組發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個(gè)新的片段特異性基因。其中包括兩個(gè)關(guān)鍵基因，它們編碼在Hox基因控制下控制節(jié)段極化的轉(zhuǎn)錄因子，并且是海葵肌肉正確放置所必需的。
地球上驚人的生物多樣性可以和樂高積木的組裝相提并論。“無論你構(gòu)建一只恐龍，一只海葵，還是一個(gè)人，盡管動(dòng)物形態(tài)大相徑庭，但許多核心基因構(gòu)建模塊在很大程度上是相同的，”吉布森說。
這是科學(xué)家第一次有證據(jù)表明前雙側(cè)動(dòng)物的節(jié)段極化有分子基礎(chǔ)。雖然在果蠅和人類等雙邊物種中進(jìn)行了廣泛的研究，但刺胞動(dòng)物具有分段性的想法是出乎意料的。現(xiàn)在，研究小組有證據(jù)表明這些部分也是極化的。

胚胎階段的海葵vectensis Nematostella的口腔視圖(左)與從側(cè)面看到的幼年珊瑚蟲(右)的比較。胚胎中的片段(S2-S8)發(fā)育成珊瑚蟲的觸角(T2-T8)。鳴謝:斯托斯醫(yī)學(xué)研究所
吉布森說:“這提供了進(jìn)一步的證據(jù)，表明調(diào)查各種各樣的動(dòng)物可能對理解一般原理有直接的影響，包括那些適用于人類生物學(xué)的原理。”。“更進(jìn)一步，通過了解海葵發(fā)育的邏輯并將其與我們在脊椎動(dòng)物中看到的進(jìn)行比較，我們還可以及時(shí)推斷，以了解動(dòng)物在幾億年前可能是如何發(fā)展的。”