贝类为何如此多样?

作者: 郇聘

来源: 中科院之声

发布日期: 2020-01-08 07:30:00

中国科学院海洋研究所刘保忠研究团队的最新研究揭示了Hox基因在贝类身体模式多样化中的重要作用,解释了为何贝类特化方式如此之多。

提起贝类,每个人都觉得再熟悉不过了。扇贝、海螺、蜗牛乃至鹦鹉螺都是极常见的贝类代表。稍微专业一点的读者还知道章鱼、乌贼、海兔、蛞蝓这些没有贝壳的动物也属于贝类,它们均是由有贝壳的祖先演变而来的。但是,贝类实际上远不止上面提到的这些种类。一些小类群,比如角贝、石鳖、无板类等,想必大部分读者就不甚了解了。

与其它动物相比,贝类最大的特点就是身体结构变化极大。

不过,生物学家其实早就知道,各种贝类遵循基本一致的身体构造模式。现生贝类差别如此之大,主要还是由于不同贝类器官如同脱缰的野马,在演化的道路上一骑绝尘,产生了数不胜数的特化形式。以贝壳为例,腹足类的贝壳是螺旋形的,双壳类是两片贝壳,多板纲则有八片贝壳,更别提章鱼、海兔等没有贝壳的种类了。为何贝类的特化方式如此之多?

是否有一种共有的机制在推动这种演化进程,或是不同贝类采取了不同的演化策略,这是一个非常重要的问题。

中国科学院海洋研究所刘保忠研究团队的最新研究成果为解答这个问题提供了重要的参考。他们的研究表明,Hox基因很可能是这种身体模式多样化的重要推动力量。这项工作目前发表在学术期刊PNAS。对于生物学专业的学生来说,Hox基因是耳熟能详的。它们是一组基因,沿身体从前到后依次表达,调控了不同部位器官的发育。

然而,与果蝇等动物不同,研究人员发现贝类的Hox基因并不遵守经典的沿身体前后顺序表达的规律。通过比较大量的数据,中科院海洋所的研究人员发现,不同贝类的Hox基因表达看似差异极大,实则隐含着深层次的共有规律。无论在哪个时期,Hox基因的表达总是可以分作两个部分,分别与背部的贝壳和腹部的足相关联。

基于此,一个在过去近6亿年间持续上演的故事呈现在研究者脑海中:因为某种未知的机制,软体动物祖先背部和腹部的Hox表达变得分离。Hox调控发育的强大能力,赋予了背部和腹部器官演化出各种形态的潜力。在漫长的演化过程中,能够适应特定环境的形态被选择下来。不同特化类型的贝壳和足互相组合,共同形成了极端多样化的贝类身体结构。

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