研究表明,人类外耳的起源可追溯至远古鱼类的鳃,这一发现揭示了哺乳动物独特结构的深远进化根源。
科学家通过一系列基因编辑实验,追溯到人类外耳的演化根源——它可能起源于远古鱼类的鳃。最新研究表明,鱼鳃中的软骨在数百万年的进化过程中迁移至耳道。更进一步的分析甚至表明,人类外耳或许可以追溯到更古老的海洋无脊椎动物,比如鲎。
这项研究揭开了外耳这一哺乳动物独有结构的神秘起源。研究共同作者、南加州大学干细胞生物学与再生医学教授Gage Crump表示:“起初,外耳的进化起源对我们来说完全是个谜团。”研究人员早已知晓,中耳结构(位于鼓膜后的小骨组成)来自远古鱼类的颌骨。这种进化将解剖结构重新利用的现象让他们开始猜测,外耳的软骨或许也源自某种鱼类的祖先结构。
人类和其他哺乳动物的外耳由一种叫弹性软骨的特殊软骨构成,它比存在于鼻子和椎间盘中的透明软骨或纤维软骨更具柔韧性。研究的关键发现是,弹性软骨同样存在于鱼类的鳃中。Crump指出,研究开始时,几乎没有任何证据表明哺乳动物以外的生物中存在弹性软骨。
研究团队利用蛋白染色技术,揭示了斑马鱼、大西洋鲑鱼以及其他三种现代硬骨鱼的鳃中均含有弹性软骨。这一发现表明,弹性软骨可能是该类群鱼类的普遍特征。
为了验证鱼鳃中的弹性软骨与哺乳动物外耳的进化联系,科学家们展开了一系列实验。由于弹性软骨难以在化石中保存,研究人员转而寻找分子线索——基因调控元件“增强子”。这些短DNA序列可以通过特定蛋白的结合激活相关基因,且具有高度的组织特异性,因此能有效检测不同组织中的活跃区域。
实验中,团队将人类外耳的增强子插入斑马鱼的基因组,结果在斑马鱼鳃中观察到活跃的基因表现。这暗示了人类外耳和鱼鳃基因之间的古老联系。随后,他们反向实验,将斑马鱼鳃相关增强子插入小鼠基因组,并在小鼠外耳中检测到活跃表现。
进一步的实验显示,两栖类和爬行动物也继承了这种鳃与耳结构的联系。在蜥蜴中,增强子活跃于耳道,这表明弹性软骨在爬行动物出现时已经从鳃逐步迁移至外耳。这一过程早在约3.15亿年前便已开始。
研究还发现,鲎细胞中的一个增强子在斑马鱼鳃中触发了基因活跃。鲎是一种距今约4亿年的“活化石”,这一发现表明人类外耳的进化根源可能比我们之前认知的还要深远。尽管还有待进一步研究来确认进化链条的深度,Crump表示,这项工作为哺乳动物耳朵的进化历史开启了新篇章。
本文译自 Live Science,由 BALI 编辑发布。
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