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谁需要一个身体?不是这些幼虫,基本上是游泳的头

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Schizocardium californicum作为幼虫,少年和成人。在幼虫阶段,S. californicum只不过是一个游泳头。 (图片来源:Paul Gonzalez和Chris Patton,霍普金斯海洋站)

斯坦福大学霍普金斯海洋站的研究生保罗·冈萨雷斯(Paul Gonzalez)最近成了一名罕见的海洋蠕虫的猎人,饲养员和农民,所有这些都填补了我们理解上的相当大的空白动物如何发展。他知道一些动物经历了一个长期的幼虫阶段,一种称为间接发展的发展策略,这种罕见的蠕虫是他更好地理解这个过程的机会。

冈萨雷斯和他的同事们发现,蠕虫经历了一个长时间的阶段,只有一点点头。这项发表于12月8日的 Current Biology 的文章指出,海洋中的许多动物可能共有这个无树干阶段,它甚至可以揭示早期动物的生物发育。

生物学副教授,论文的资深作者Chris Lowe说:“间接发展是海洋无脊椎动物和海洋生物演化最普遍的发展战略。 “这意味着最早的动物可能使用这种策略发展成为成人。”

Schizocardium californicum作为幼虫,青少年和成人。在幼虫阶段,S. californicum只不过是一个游泳头。 (图片来源:Paul Gonzalez和Chris Patton,霍普金斯海洋站)

在实验室常见的大多数研究动物,如小鼠,斑马鱼和蠕虫 C.线虫是直接的开发者,不经过不同的幼虫阶段。为了理解间接开发者与这些间接开发者有何不同,冈萨雷斯需要研究一个间接开发者,这个开发者与一个经过深入研究的直接开发者关系密切。

他最好的选择是一组海洋无脊椎动物叫做 Hemichordata ,因为在这个群体中已经完成了对直接开发者的丰富的分子开发工作。这个计划中的一个缺陷是,在这个门口的间接开发者在车站附近的地区是不常见的。冈萨雷斯没有被淘汰,通过海洋动物调查,直到1994年的研究给他他的大的突破: Schizocardium californicum ,一种橡子蠕虫和 Hemichordata 门间接显影剂,曾经在莫罗湾,只有两个小时的路程。

通过联系那些几十年前的研究人员,Gonzalez获得了蠕虫的确切坐标。到了那里,他穿上了一套湿衣服,准备好了铲子,开始寻找奇怪的海洋居民。

多样化的多样性研究

直接的开发者更经常用于研究,主要是出于实用性的原因。该论文的主要作者冈萨雷斯说:“陆地,直接发展的物种快速发展,它们的生命周期很简单,而且很容易在实验室中后退。

相比之下,间接的开发商发展缓慢,有一个长期的幼虫阶段,他们的幼虫难以饲养和维持在圈养。生殖成虫在实验室里也很难保留下来,正如冈萨雷斯所说,收集这些成虫可能是一个艰巨的过程。但冈萨雷斯说,研究直接开发人员的相对容易性使得科学家对进化和发展知之甚少。他说:“通过选择便利的物种,我们选择了一个非随机的动物多样性样本,冒着失去有趣的事情的风险。 “这就是我带到Lowe实验室的原因。我们专注于使用发育生物学和分子遗传学来询问很酷的进化问题,我们不害怕从头开始,从事从未与之合作的动物。“

游泳头

经过几个月完善的饲养和研究这些蠕虫所需的育种技术,研究人员最终能够从蠕虫发育的各个阶段对RNA进行测序。他们这样做是为了看到特定的基因在胚胎中何时开启或关闭。他们发现,在蠕虫中,会导致某些基因的活性 干线的发展被推迟了。所以,在幼虫阶段,蠕虫基本上是游泳头。

“看着幼虫,​​就像是看着一只决定延缓树干发育的橡实虫,把它的身体膨胀成气球状,漂浮在浮游生物周围,以美味的藻类为食。冈萨雷斯说。 “延迟的树干发育可能是非常重要的进化一个不同于蠕虫的身体形状,更适合在水柱的生活。”

随着他们继续增长,橡子蠕虫最终经历了变态成人身体计划。在这一点上,调节躯干发育的基因和蠕虫开始发育在成年人身上发现的长身体,最终在几年的时间内长到约40厘米(15.8英寸)。

仅仅是开始

即使有这样一个令人着迷的结果,这个研究只是Lowe实验室对间接开发者的考察的开始。这些蠕虫永远不会告诉我们人类的疾病,与干细胞或老鼠的工作不同,但是他们可以揭示生命如何超越我们研究过的模型物种的许多生物的复杂性。他们也可以向我们展示一般生活如何成为今天的样子。 Lowe说:“考虑到动物世界中普遍存在的幼虫是如何的,我们对动物发育的这个关键阶段了解甚少。 “如果你想对发育生物学进行深入的,机械的分析,那么这些并不是你想挑选的物种。但是,如果您的目标是了解动物是如何进化的,那么您无法避免使用这些物种。“

接下来,研究人员想要弄清楚橡子虫体发育延迟是如何发生的。他们也开始对 S. californicum 的基因组进行测序。



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