登陸的早期脊椎動物復原圖（劉野繪）
科普時報訊（記者胡利娟）2月5日，深圳華大生命科學研究院、中國科學院武漢水生生物研究所、西北工業大學、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所等單位，聯合公布早期輻鰭魚類的基因組研究成果，并首次通過多鰭魚、匙吻鱘、弓鰭魚和鱷雀鱔的全基因組數據研究，揭示了古脊椎動物從水中登上陸地這一演化事件歷程，還找到了古魚類在登陸之前已經完成的關鍵性準備。相關成果已在國際頂級學術期刊《細胞》（Cell）雜志上發表。
“陸地脊椎動物的起源一直是生物演化研究所重點關注的問題。”論文第一作者，深圳華大生命科學研究院的研究員畢旭鵬介紹說，我們的祖先從水里來，這已經是共識。但魚類登上陸地過程中，身體結構和生理功能上產生了大量的適應性變異，比如由魚鰭變為四肢以支撐身體進行運動，由鰓呼吸變為肺呼吸等。
雖然，現生兩棲類被認為是成功登陸的脊椎動物，但是最早上岸的“先遣隊”們，卻早已淹沒在歷史的長河中。幸運的是，在一些現生水生物種中還保留著許多與這些先遣隊類似的生物學特征。比如塞內加爾多鰭魚，其又稱作“恐龍鰻”或者“恐龍魚”，由于它們最早在非洲被發現，長著鋸齒狀的背鰭并且形態上與鰻魚有些相似，所以才一度有此稱呼。但是這種稱呼并不準確，因為它們既不是鰻魚也不是恐龍。
畢旭鵬稱，多鰭魚的身體結構擁有一些原始形態，與鱘魚、弓鰭魚、雀鱔、肺魚等同為從遠古留下來的類群。多鰭魚有原始的肺，可以在脫離水面存活一段時間，并且在氧容量極低的環境中可以通過背部的噴水孔呼吸空氣。此外，多鰭魚也與空棘魚相似，擁有肉質柄的胸鰭可以幫助它們在水底爬行。
脊椎動物從水生到陸生的演化過程中有許多障礙需要克服，其中兩個比較有重要的問題：一是如何在不憑借水體浮力的情況下用魚鰭支撐身體進行運動，二是如何把呼吸水中的氧轉變成為呼吸空氣中的氧。
論文的主要通訊作者，深圳華大生命科學研究院、中國科學院昆明動物研究所及丹麥哥本哈根大學的張國捷教授表示，最早登陸的四足物種早已滅絕，我們無法通過這些物種獲知相關遺傳信息。不過幸運的是，與脊椎動物水生到陸生轉變之前相關功能在部分現生魚類中還能夠找到部分演化痕跡。這一研究從多鰭魚、鱘魚、弓鰭魚、雀鱔等遠古孑遺動物入手，結合魚類解剖學、古生物學、比較基因組學等多學科交叉手段，揭示了脊椎動物從水生到陸生演化的相關遺傳基礎。
據介紹，這些魚是輻鰭魚里較早分化出來的類群，被統稱為“古代魚”，也是硬骨魚類的早期分支，在演化上要早于我們所熟知的真骨魚類，后者包括了今天我們所知的大多數魚類。
“特別是古代魚的多鰭魚。”論文共同通訊作者之一、中國科學院水生生物研究所的何舜平教授說，塞內加爾多鰭魚具有多達8個棘狀背鰭，最讓人驚訝的是，它們具有原始的肺，能夠呼吸空氣。
“達爾文就曾提出的肺和魚鰾是同源器官的假說。”該論文的另一位通訊作者，中科院古脊椎動物與古人類研究所的朱敏研究員指出，這一工作從結構上和基因表達上證明了這一假說，而且我們確認了它們演化的先后順序——魚鰾從原始的肺演化而來。
“這也解釋了在這些遠古魚類里的肺或者魚鰾表面為何密布血管，從而有助于氧的擴散和運輸。”通訊作者之一、西北工業大學的王文教授進一步解釋說，一些肺特異性表達的基因，也在軟骨魚的祖先就已經出現，這也暗示著“原肺”形成的分子基礎在魚類登陸前就已經建立。
“心肺系統協同演化對脊椎動物登陸相當重要。從魚類的一心房一心室再到人的兩心房兩心室，心臟結構趨向于完善，而功能也變得更加復雜。我們找到了這一演化過程產生的功能創新相關遺傳證據，并且新發現的一個基因調控元件與人類心臟疾病相關。”張國捷補充道，而能夠增加骨骼運動靈活性的滑膜關節也已經在早期魚類中存在。調控這些功能相關的遺傳基礎比我們之前認為的要起源更早，這些祖先調控網絡的進一步完善，為后期脊椎動物登陸所需要的功能演化提供了重要遺傳基礎。
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