科学家发现不同动物生命周期背后的进化秘密

100多年来，生物学家一直想知道为什么动物会表现出不同类型的生命周期。有些物种，如人类和大多数脊椎动物，会直接发育成完全成形但更小的成年动物。相比之下，许多其他动物会产生美丽多样的中间形式，我们称之为幼虫，然后蜕变成成虫。

尽管如此，研究人员对幼虫存在的原因及其起源的理解仍然有限。更重要的是，解决这个问题的大规模比较研究以前没有使用基于对动物遗传信息(基因组)进行测序的现代技术来了解生物体在生长过程中如何使用这些信息。到目前为止。

在伦敦玛丽女王大学(QMUL)的一个团队领导的一项研究中，该研究发表在《自然》杂志上，研究人员首次发现了可能解释胚胎如何形成幼虫或成虫微型版本的机制。

在他们的论文中，他们证明了参与胚胎发生的必需基因的激活时间——受精卵向生物体的转化——与幼虫阶段的存在与否以及幼虫是从周围环境中取食还是依赖于母体储存在卵子中的营养。

FranciscoM.Martín-Zamora博士QMUL的候选人和该研究的共同第一作者说：“看到进化如何塑造动物胚胎‘报时’的方式以在发育早期或晚期激活重要的基因组，这令人印象深刻。假设幼虫阶段不再是对你的生存至关重要。在这种情况下，例如，激活基因以更早地形成躯干并直接发育成成年人可能在进化上是有利的。”

这项新研究使用最先进的方法来解码三种称为环节动物的海洋无脊椎动物蠕虫的遗传信息、活动和调节。他们将这些与来自其他物种的公共数据集结合起来，进行了一项大规模研究，涉及60多个物种的600多个数据集，这些数据集在5亿多年的进化过程中分离。

“只有结合实验室生成的实验数据集和系统的计算分析，我们才能揭示这种新的未被发现的生物学，”伦敦大学学院研究的主要合作者FerdinandMarlétaz博士说。

“虽然这些技术已经存在多年，但没有团队将它们用于此目的。我们生成的数据集和我们开发的方法对于其他研究人员来说将是非常强大的资源，”来自QMUL的博士后研究员YanLiang博士强调说和该作品的共同第一作者。

这项研究的资深作者ChemaMartín-Durán博士表示，“发育生物学主要关注小鼠、苍蝇和其他我们熟知的模式生物物种。我们的研究表明，经常被忽视的非生物的迷人生物学-模型物种对于理解动物发育如何运作及其进化方式至关重要。”

参与形成躯干的基因——从头部一直延伸到尾巴的身体区域——是最重要的。有些物种会形成几乎没有躯干的幼虫，被称为“头幼虫”，并且可能早在所有有头有尾的动物的祖先中就已经存在。直接发育并直接从胚胎发生形成小型成体在许多动物群体中会进化得较晚，例如我们和大多数脊椎动物，因为形成躯干的基因在胚胎发生的早期被激活，并且幼虫特征逐渐丧失。

“我们希望该领域的其他研究人员继续研究动物生命周期进化这一激动人心的话题，并为我们提出的假设提供进一步的证据，”耶拿弗里德里希席勒大学教授AndreasHejnol博士说。，德国，团队的合作者。