鰭如何演變成腿?

按照達爾文的進化論，生物進化的路線大致是從水生到陸生，也即從魚類到兩棲類，再到爬行類，再從靈長類到人類等。但是，從水生動物到陸生動物有一個至關重要的進化問題：水生動物，如魚的鰭如何演變成陸生動物的腿或四肢?

其實，從鰭到腿的演變是漸進的，這一點已有化石為證。2004年7月美國芝加哥大學的解剖學教授尼爾·舒賓和其同事在北極的埃爾斯米爾島發現了一種稱為“提克”的魚，提克是因紐特語，即“提塔利克魚”的簡稱，意為大型淡水魚。提克魚介于魚和陸生動物之間，它像魚一樣，背后有鱗，還有帶蹼的鰭。不過，它又像早期的陸生動物，有一個扁平的頭和脖子。而且，最重要的是它的鰭，仔細觀察可以發現，它的鰭里面有對應于陸生動物前肢的骨骼，還有手腕的一部分，并有手關節。這是一條長著肩膀、肘關節和腕關節的魚，所有這一切都藏在帶蹼的鰭里面。

但是，從鰭到腿(手)的演變又是怎樣啟動的呢?如今，研究人員從分子角度提供了一種解答，是基因導致了從鰭到腿(手)的演變，這種基因就是actinodin，它是一組基因，有四個。

實際上，actinodin基因是為魚的鰭編碼的基因。鰭對于魚來說最重要的作用是保持平衡，同時也幫助其游動，就像陸生動物的四肢一樣。而鰭主要由堅硬的蛋白質纖維構成，這種蛋白質纖維稱為角質鰭條，是一些成豎狀排列的一排排纖維。actinodin基因就是編碼產生這些角質鰭條。

加拿大渥太華大學的瑪麗·安德烈·艾基門科研究小組發現，斑馬魚和古老的魚中有actinodin基因，但是，在小鼠等四足動物的體內沒有actinodin基因。研究人員首先在斑馬魚胚胎的鰭芽中發現了這種基因，而在小鼠胚胎的肢芽中卻沒有發現actinodin基因。此后，研究人員在斑馬魚斷鰭部位又長出來的鰭中也發現了actinodin基因。

接著，艾基門科的研究小組用嗎啉核酸(Morpholinos)來檢驗這些基因的功能。嗎啉核酸是一種小分子，附著在RNA(核糖核酸)上，可以阻斷蛋白質翻譯(RNA就是擔任蛋白質生成的翻譯工作)，從而抑制目標基因的表達。使用嗎啉核酸抑制了actinodin基因表達后，研究人員發現，斑馬魚胚胎的鰭芽中沒有出現角質鰭條，而后者是生成鰭必須的物質。于是，胚胎中的鰭芽沒有發育，最后鰭芽卷曲起來。

研究人員用同樣的方法阻止了成年斑馬魚重新生長的鰭中actinodin基因的表達，結果成年斑馬魚重新生長的鰭中角質鰭條的分布也受到影響。而且，actinodin基因表達減少或不表達后在其他動物也會引起肢體發育的異常，例如，產生額外的趾。

根據生物進化的時間表，研究人員推測，在泥盆紀晚期(約3.65億年前)，最初類似魚的生物生成了有8個趾的腿，然后它們開始冒險從淺水處進入陸地，從而進化為兩棲動物，再進化為爬行類動物。而陸生動物的腿就是從鰭演化而來。其實，這也是人類祖先的進化過程。在從鰭轉換到腿的過程中，我們的有脊骨的祖先失去了一排排堅硬的纖維，即角質鰭條。而足趾的數量也是后來才演變成今天的動物每條腿最多有5個，如人類的手和足有5指和5趾。

但是，啟動這一過程的是就是actinodin基因表達的缺失，因此基因的缺失也與基因的擁有一樣，成為進化中的創造性力量。而且，actinodin基因在其他有骨魚中也能發現，但是在爬行類動物中卻找不到。因此，這一基因家族也許有很古老的根，就像在象鮫(又稱姥鯊，是大洋性大型鯊魚，魚類中體型第二大者)的基因組中發現的部分序列一樣。

當然，actinodin基因的功能缺失導致了鰭轉化為腿這一假說還需要更多的研究來檢驗。而且，其他研究人員提出了一個有意思的問題：我們是因為沒有使用鰭才失去了這些基因呢，還是因為失去了這些基因才失去了鰭?瑞士洛桑的聯邦技術學院(EPFL)的進化發育生物學家丹尼斯·杜波爾認為，這是一個進化問題，你不能做實驗來證實。

對此，艾基門科提出，會在以后的研究中用小鼠等動物來觀察actinodin基因，以進一步確認是否是該基因導致了從鰭到腿的轉換，以及如何轉換的。(文章代碼：101502)

[責任編輯]張田勘

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人類進化的簡要歷程

迄今，人類進化可以明確的大致有下面一些歷程。

1.南方古猿南方古猿約生活于400萬300萬年前。可以說，這是人類最早的祖先之一。南方古猿腦容量很小，雄性明顯比雌性為大。化石標志是1974年在埃塞俄比亞發現的年輕雌性骸骨，稱為露西(Lucy)。

2.能人能人意即能制造工具的人種，它為人屬的最原始的成員，腦容量為男性700～800毫升，女性500～600毫升，可能已具備語言能力。

3.直立人經過數卡萬年的演進，能人最終為直立人所取代，成為人類的主流，直立人的出現標志著人類的史前時伐在200萬年前經歷了又一次巨大的變化。直立人不再像他們之前的那些人科成員那樣僅僅在非洲的原野上徘徊，而是在后來的、歲月里多次走出非洲，擴散到亞洲、美洲和歐洲的許多地區。

4.智人(亦稱古人)分為早期智人和晚期智人。

早期智人一以尼安德特人，(尼人)為代一表，1856年發現于德國的尼安德特河流域的一個山洞，因此得名。從頭骨可以看到他們仍有很多原始的特征，眉脊發達，前額較為傾斜，枕部、突出，鼻部寬大，頜骨前突等。有些尼人腦容量超過1300毫升，甚至大干現代人，其他骨骼和現代友已十分相似。

晚期智人這個時期的人類在約3～5萬年前取代了尼人，他們除了有某些原始性之外，基本上和現代人相似。晚期智人通常也叫做現代人。但現代人的概念還是指新石器時代以后的人類。即距今約一萬年前至現在的人類。