行走的魚

Dan Garisto

魚鰭可用于行走，并且這些魚就是這么做的，在脊椎動物上岸之前，用于行走的“線路”就已經進化很久了。

小猬鰩可以使用它們身下的2片類足狀魚鰭沿著海床移動。以肌肉的緊張和放松作為驅動，形成了左右交替的步伐，這些魚的移動方式看起來與許多陸生動物非常相似。

現在，基因測試顯示出了原因：猬鰩及陸生脊椎動物共享相同的神經細胞發育的基因藍圖，而那些神經細胞正是肢體運動所需要的。研究人員將報告在線發表于2月8日出版的《細胞》雜志上。他們表示，這項工作首次對行走所需的神經回路起源進行了研究。

“這是令人關注的、奇異的自然史。”來自費城自然科學研究院的脊椎動物古生物學家Ted Daeschler說道。

“對我們來說，行走所必需的神經細胞起源于古代的魚類。”來自于紐約大學的神經系統科學家Jeremy Dasen說道。根據化石記錄，Dasen的研究團隊估計所有陸生脊椎動物與猬鰩的共同祖先大約生活于4.2億年前——這比脊椎動物上岸要早數千萬年。

小猬鰩屬于一個進化的原始種群。自從它們的祖先從進化成陸地漫游者的魚類分裂出來，猬鰩就沒有發生什么變化，因此在猬鰩與陸生脊椎動物中發現相同的神經回路就非常令人驚奇了。

“這完全令我目瞪口呆。”Dasen說道，“我知道某些魚類能夠行走，但對這些我是一無所知。”

大多數魚類通過擺動它們的身體和尾巴進行游泳，但是小猬鰩擁有一條保持著相當直的脊柱。相反，小猬鰩通過擺動薄餅狀的胸鰭進行移動，并且用2條沿著骨盆收攏的魚鰭進行行走。

通過對小猬鰩的動作進行測量，發現它們與兩足動物的行走非常相似，來自紐約大學曾經從事這項研究的Jung說道。為了調查相似度是如何產生的，研究人員對控制肌肉反應的運動神經細胞進行了觀察。每一種移動需要不同類型的運動神經細胞，Dasen說道。

神經回路的構成被部分同源基因所控制，它可以幫助身體進行設計，決定肢體、肌肉及神經的走向。舉例來說，蛇及其他失去某些同源基因的動物，它們的身體可以用魚類在水下游泳的方式柔和、滑溜地通過擺動移動。

對猬鰩與老鼠的同源基因進行比較，研究人員發現，它們都擁有Hox6/7及Hox10基因，并且這些基因對于二者有著相同的作用。Hox6/7對于神經回路的發育十分重要，這種神經回路被用于移動猬鰩的胸鰭及老鼠的前腿；Hox10對于猬鰩的足狀魚鰭與老鼠的后肢來說扮演著相同的角色。在小猬鰩與老鼠之間，其他的基因及負責運動控制的神經回路也被保存，或者未發生改變。這些發現表明，猬鰩與老鼠共同擁有一個具備相似運動遺傳的祖先。

結論是“脊椎動物相互之間都非常相似。”Daeschler說道，“進化通過修改而推進，我們都在使用我們所繼承的——1張始于4億多年前的電路圖的修改版。”