我们的科学家揭示了脊椎动物从水生进化到陆生的奥秘

2月5日电 中国科学家通过基因组数据分析，揭示了脊椎动物古生物学从水中上岸的进化过程，回答了关键的进化问题，找到了古代鱼类上岸前已经完成的关键准备工作，证实了鱼鳔起源于原始肺，证明了达尔文关于肺与鱼鳔关系的假说。这一重大成就最近发表在学术期刊《细胞》上。

如何在不依靠水的浮力的情况下，用鳍支撑身体运动，把呼吸水中的氧气变成呼吸空气中的氧气……脊椎动物从水生进化到陆生的过程中，有很多障碍需要克服。“陆生脊椎动物的起源一直是生物进化研究的重点。我们的祖先是从水里来的，这已经是共识了。但在落地过程中，鱼的身体结构和生理功能发生了很多适应性变化，比如从鳍变成四肢支撑身体运动，从吸痰呼吸变成肺呼吸。等等。”该论文的第一作者、深圳华大生命科学研究所研究员毕说。虽然活着的两栖动物被认为是成功登陆的脊椎动物，但第一个登陆的“先遣队”在漫长的历史长河中早已失传。

幸运的是，多鳍鱼类、鲟鱼和弓鳍鱼类等活的水生物种仍然保留着许多类似于“先遣队”的生物特征。比如塞内加尔的多鳍鱼，肺比较原始，离开水可以存活一段时间，在含氧量极低的环境下，可以通过背部的喷水孔呼吸空气。“这项研究从多鳍鱼类等古代死亡动物入手，结合鱼类解剖学、古生物学和比较基因组学等多学科方法，揭示脊椎动物从水生进化到陆生的遗传基础。”本文作者、深圳华大生命科学研究院副院长、丹麦哥本哈根大学终身教授张说。

“达尔文提出了肺和鱼鳔是同源器官的假设。我们从结构和基因表达上证明了这个假说，并确认了进化的顺序，即鱼鳔是由原来的肺进化而来的。”中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员朱民强调。“古代鱼类肺部或鱼鳔上的血管分布密集，有助于氧气的扩散和运输。鱼类祖先中出现的一些肺特异性表达基因，暗示着‘原始肺’形成的分子基础在鱼类上岸之前就已经建立起来了。”通讯作者、西北工业大学教授王文进一步解释道。心肺系统的协同进化对脊椎动物落地非常重要。从鱼的“一心房一心室”到人的“两心房两心室”，心脏结构趋于完善，功能变得复杂。“我们发现了与这一进化过程的功能创新有关的基因证据，新发现的基因调控元件与人类心脏病有关。”在张看来，基于物种进化过程的比较分析不仅为揭示复杂生物性状的形成机制提供了重要手段，也为生物医学研究提供了有力工具。《光明日报》 (09版，2021年2月5日)