假如给海星穿裤子:要穿吗?怎么穿?

来源: Nature Portfolio

发布日期: 2023-11-30 22:01:39

科学家通过研究海星的基因表达,发现海星的体型呈现与典型的动物不同,没有明显的头尾之分,因此无法像其他动物那样穿上裤子。这一发现不仅解答了关于海星体型的一个长期疑问,也可能适用于其他棘皮动物,为理解动物演化提供了新的视角。

海星是形状古怪的动物。科学家一直都很困惑,海星的躯体要如何对应更典型的动物身体形态——一端是头,一端是身躯或尾。人类从躯干底部穿上裤子,所以你也可以由此推断出在狗、马、蜘蛛甚至蛞蝓身上“裤子问题”怎么解决。但海星怎么办?如今,基于它们的基因表达,可能有了一个新的解答,或许他们需要的是一顶帽子,而不是裤子。

假如海星穿衣服,裤子应该穿哪里呢?套在两个腕足上?套在所有腕足上?!套在它用来移动的管足上?这是个有趣的假定,但也代表了动物体型呈现的演化当中一个基本概念——两侧对称。意思是,一个体型呈现有一个头端和一个尾端,躯体在两边对称。这意味着对许多动物而言,你可以说,裤子问题能有个科学上的准确解答——裤子从底部,或尾端穿上去。

但海星,虽然和其他两侧对称生物有共同的祖先,却没有明显的尾或者头,或明确的对称性。它们的嘴在下面,肛门在顶部,没有明显可以穿上裤子的地方……但在幼虫时期,他们的确是双侧对称的,这让发育生物学家尤为困惑。在动物世界中,通常一旦你演化出双侧对称的体型呈现,你就回不去了。

所以是怎么回事,嗯,科学家可能在编码体型呈现的基因中找到了一个答案。但在说他们的发现之前,让我们先从基础开始。双侧体型呈现可以大致分为三段,其中两段在头部,即前脑和中脑,用红色和蓝色表示;第三段是身体其余部分,即体躯,用黄色表示;在尾端,就是可以穿裤子的部分。这些节段一般沿着自头至尾的轴排列,每段都有不同的相关基因表达。所以在五个腕足的海星身上这要如何表现呢?

第一个理论有点漫画式:前脑在一个腕足,身躯在对侧两个,很可爱,但此前的工作已经表明这不太可能。另一个理论是一个海星的每条腕足都复制了基础三部分体型呈现,重复五次,头部相接,躯干在末端。另一个流行理论是,也许一般从头到尾的轴,在海星身上是从口到肛,上下颠倒经过海星的中心,前脑在底部,然后是中脑,顶部是躯干。

为解答争议,研究者绘制了不同海星解剖学部分的基因表达,特别寻找了其他两侧动物前脑、中脑和躯干的基因表达。这是他们的发现——前脑的基因表达在中心,到达每个腕足。它周围是中脑基因,但躯干不存于此,有一层薄薄的组织表达了通常在头和躯干边界的基因,在此用绿色表示,但没有躯干本身。基本上海星就全是头,这意味着和此前所有理论都不一样,海星没地方穿裤子!

研究者说这一发现有可能也适用于其他的棘皮动物。这是拼图中重要的一环,对于理解双侧动物的演化,理解像棘皮动物这样的奇怪生物与我们这样的生物如何关联。古生物学家现在也有了更多信息,可以回溯研究许多棘皮动物及其亲属的奇怪化石。与此同时,与其给海星穿裤子,也许我们该给它们一顶大帽子。

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