魚類是如何進化出它們多骨的鱗片狀盔甲的

來源：桑間濮上網編輯：娛樂時間：2025-12-08 02:24:37

重建一個單一的鱘魚鱗甲，近攝。何進化出骨形成細胞用洋紅色標記。鱗片信用:J. Stundl
（神秘的狀盔地球uux.cn）據加州理工學院：大約3.5億年前，你的魚類進化祖先——以及所有現代脊椎動物的祖先——僅僅是生活在海洋中的軟體動物。為了生存和進化成我們今天的何進化出樣子，這些動物需要獲得一些保護，鱗片并比海洋中的狀盔捕食者更有優勢，那時海洋中的魚類捕食者主要是甲殼類動物。
真皮盔甲的何進化出進化是一種成功的策略，比如在裝甲鯰魚身上發現的鱗片尖刺，或者覆蓋在鱘魚身上的狀盔多骨菱形鱗甲。成千上萬種魚類利用不同圖案的魚類真皮盔甲，由骨頭和/或一種叫做牙質的何進化出物質組成，牙質是鱗片現代人類牙齒的重要組成部分。像這樣的保護涂層幫助脊椎動物生存下來，并進一步進化成新的動物，最終進化成人類。
但是這盔甲是哪里來的？我們遠古的水下祖先是如何進化出這種保護性的外衣的？
現在，使用鱘魚，一項新的研究發現，一種特定的干細胞群，稱為軀干神經嵴細胞，負責魚類骨盤的發育。這項工作是由Jan Stundl進行的，她現在是Marie Sklodowska-Curie博士后學者，在Marianne Bronner的實驗室工作，Marianne Bronner是愛德華·B·劉易斯生物學教授，也是加州理工學院貝克曼研究所的主任。描述這項研究的論文發表在7月17日的《美國國家科學院院刊》上。
布朗納實驗室長期以來一直對研究神經嵴細胞感興趣。在包括魚、雞和我們在內的所有脊椎動物中發現，這些細胞根據它們是來自頭部(顱部)還是脊髓(軀干)區域而變得特化。顱神經嵴細胞和軀干神經嵴細胞都從它們的起點遷移到動物的整個發育中的身體，產生構成頜骨、心臟和其他重要結構的細胞。
劍橋大學2017年的一項研究表明，軀干神經嵴細胞在一種叫做小鰩魚的魚中產生了基于牙質的真皮盔甲，Stundl和他的同事們假設，同樣的細胞群也可能在廣泛的脊椎動物中產生基于骨的盔甲。
為了研究這個問題，Stundl和他的團隊轉向了鱘魚，特別是鱘魚。以生產世界上最昂貴的魚子醬而聞名的現代鱘魚，仍然擁有許多與它們幾百萬年前的祖先相同的特征。這使得它們成為進化研究的首選。
魚類是如何進化出它們多骨的鱗片狀盔甲的

簡·斯圖德爾在實驗室里抓著一條鱘魚。信用:J. Stundl
Stundl和他的團隊使用捷克共和國魚類養殖和水生生物研究所培育的鱘魚胚胎，使用熒光染料跟蹤魚的軀干神經嵴細胞如何在整個發育過程中遷移。幾周后，鱘魚開始長出骨質鱗甲，因此研究人員將正在生長的魚放在黑暗的實驗室中，以免光線干擾熒光染料。
研究小組在鱘魚骨刺形成的確切位置發現了熒光標記的軀干神經嵴細胞。然后，他們使用了一種不同的技術來突出魚的成骨細胞，這是一種形成骨骼的細胞。與成骨細胞分化相關的遺傳標記在魚的發育中的鱗甲的熒光細胞中被發現，這提供了強有力的證據，證明軀干神經嵴細胞實際上產生了骨形成細胞。
結合2017年關于神經嵴細胞在形成牙質盔甲中的作用的研究結果，這項工作表明，軀干神經嵴細胞確實是導致脊椎動物魚類進化成功的骨真皮盔甲的原因。
“研究非模式生物是很棘手的；Stundl說:“存在于老鼠或斑馬魚等標準實驗室生物中的工具要么不起作用，要么需要進行重大調整。“盡管面臨這些挑戰，來自鱘魚等非模式生物的信息使我們能夠以嚴格的方式回答基本的進化發育生物學問題。”
“通過研究生命樹上的許多動物，我們可以推斷發生了什么進化事件，”布朗納說。“如果我們能夠從發育生物學的角度來處理進化問題，這將是非常強大的，因為導致不同細胞類型的許多變化都是通過胚胎發育中的微小變化發生的。”
這篇論文的題目是“從軀干神經嵴進化而來的古脊椎動物真皮盔甲。”

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