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猬鳐

地球生命在数十亿年前最早出现于海洋中,随着生命的演化,大约在3.6亿年前的晚泥盆纪,其中一些物种逐渐离开海洋爬上陆地,成为陆生动物,人类最初的祖先也是如此。通常情况下,肢体运动和行走能力的发展与从海洋生物到陆地生物的转变有关。不过,最近的一项研究显示,第一批能够行走的海洋生物并没有爬上陆地,而是仍然生活在海洋中。这些发现也表明,第一批行走的生物比先前预想的更早地演化出了四肢。

该研究通讯作者、纽约大学医学院的神经生物学家Jeremy Dasen教授表示:“我们很惊讶地发现,某些种类的鱼也能行走。此外,它们所使用的神经和遗传发育程序几乎与包括人类在内的高等脊椎动物相同。”

猬鳐

为了更好地理解与肢体运动有关的神经过程,生物学家分析了猬鳐的行走能力。这种软骨鱼类与鲨鱼和鳐鱼有着密切的联系,并且被认为是海底最原始的生物。自从猬鳐第一次出现在地球上,它们几乎就没有进化过,它们现在看起来的样子与远古祖先很像。

虽然猬鳐能用宽大的胸鳍进行游泳,但这个物种还可以利用它们底部的双鳍在海底行走。猬鳐的行走方式也是一左一右,这就像陆地动物所使用的模式。

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猬鳐行走

当科学家分析猬鳐运动控制神经元所表达的基因时,他们发现了许多基因类似于哺乳动物的运动控制神经元所表达的基因。研究还发现,哺乳动物和猬鳐用来控制弯曲和伸直四肢的肌肉中的神经元基因存在重叠。研究表明,猬鳐的行走能力可以追溯到4.2亿年前,这意味着第一批演化出行走能力的生物要比此前预估的更早出现数千万年。

此外,研究人员还分析了猬鳐的中间神经元,这种神经元介于神经中枢之间,能够把运动控制神经元与中枢神经系统连接起来。结果发现,在猬鳐和陆地哺乳动物之间,有12种类型的中间神经元高度保守。

猬鳐

不像老鼠和鸡等哺乳动物,它们的神经网络更复杂,肌肉也更多样,猬鳐相对来说更简单,是研究行走运动的理想模型。在未来的研究中,科学家希望能够进一步揭开猬鳐的运动神经元是如何与其他神经元相结合,以及神经元基因是如何被控制的。

目前,这项研究已经发表在《细胞》(Cell)杂志上。