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人类的四肢起源于鱼类吗?

当我们从一个宏观角度看进化论,所有地球上的生物都有着同一个起源,可以追溯至最近普适共同祖先(last universal common ancestor)。

当我们从一个宏观角度看进化论,所有地球上的生物都有着同一个起源,可以追溯至最近普适共同祖先(last universal common ancestor)。理论上来说,我们可以不断地寻索基因的源头,得出每一个基因的演变历程。举一个例,人类的眼睛之所以能生成,是因着一堆基因的表达,而这些基因的DNA序列不是一成不变的,充斥着随机的变异。那我们是否可以追踪这些基因数百万、数千万、数十亿年来的转变,得出它们的族谱?这些基因在千万年前,功能是什么?是跟现在一样负责眼睛的生成?还是有着截然不同的角色?

人类的四肢起源于鱼类吗?

追本溯源的科学

可惜的是,DNA的稳定性会被保存状态所影响,也会随着时日过去而衰败,科学家经过多番努力,才得出几万年前的尼安德塔人(Neanderthal)的基因序列,遑论好像电影般复制在6500百万年前灭绝的恐龙。我们既然没法从数百万、数千万年前的化石提取DNA来测序,那我们该如何去为身体的各部位,甚至是个别的基因追本溯源?

那又不是全然没有办法!我们有的是地球这个多姿多采的生物宝库。演化生物学家认为,原始的生命是一些单细胞生物,接着通过演化,慢慢变得复杂,细胞核(nucleus)由无到有,单细胞演化成多细胞等等。原始的硬骨鱼走上了陆地,再而演化成各种陆地上的有脊椎动物。纵然我们不能回到过去,找到几百万年前的原始硬骨鱼,幸而硬骨鱼今天还存在着,科学家可以透过比对今天的硬骨鱼和今天的人类,尝试破解基因的族谱。

手脚从何而来?

假若原始硬骨鱼是我们的祖先,那不难想像,原始硬骨鱼的胸鳍和腹鳍演变成我们的前肢和后肢。让我们再退后一步想想,原始硬骨鱼的鱼鳍是从什么演化而来?

早于150年前,已有德国的比较解剖学家研究这个问题。Karl
Gegenbaur提出了“鳃弓假说 (gill-arch
hypothesis)”,认为硬骨鱼的胸腹鳍是由软骨鱼的鳃弓和鳃条演化而来。这个说法一直没有受到很大的注视,直至近年英国剑桥大学的科学家Andrew
Gillis让这个假说再次回到科学界的舞台,以分子发育生物学的方法研究这个问题。

鳐鱼 VS 四足动物

Gillis的研究对象是鳐。鳐是软骨鱼的一种,包含我们较熟悉的魔鬼鱼。鳐的鳃部比较特别,不单有鳃弓(gill
arches),还长出了触须形状的鳃条(branchial
rays)。套用Gegenbaur的假说并以前肢为例,鳃弓演变成硬骨鱼的胸带骨和我们的肩胛骨及锁骨,鳃条则演变为硬骨鱼的胸鳍和我们的手臂、手指。

人类的四肢起源于鱼类吗?

哺乳类动物的四肢发育研究成果比较丰富,科学家发现,一个名为Sonic

hedgehog的基因相当重要。它会表达出Shh蛋白,负责细胞与细胞之间的沟通,引导着四肢前后轴的形成,并维持着骨骼细胞的生长。在老鼠和蝾的胚胎实验中,当Shh讯息传递系统失效,指骨的数目便会减少。

验证百多年前的假说

Gillis尝试以药物Cyclopamine抑制鳐的Shh讯息传递。他把药物于阶段22、27或29注射到鳐的卵内,并在胚胎发育8至12星期后检视鳃弓和鳃条的状态。他发现,药物在阶段22和27对Shh的抑制会造成鳃条数量的显著减少,在阶段22的抑制还会影响前后轴的形成。药物在阶段29的抑制则对鳃条的数量影响不大。

人类的四肢起源于鱼类吗?

这个结果支持了Gegenbaur的假说,软骨鱼鳃弓鳃条的发育跟哺乳类动物四肢的发育采用着同一套讯息传递系统,由同一个基因支配。那我们就可以断定原始软骨鱼的鳃弓鳃条就是人类四肢的本源吗?当然不可!因为也有可能是,软骨鱼跟人类各自演化出这套调控机制,这种相似只是自然界的巧合……那软骨鱼的鳃弓鳃条的本源又是什么?那就留待科学家继续研究了。

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