Переход от воды к суше — это скачок в истории эволюции позвоночных и одна из наиболее важных научных проблем эволюции позвоночных. Предыдущие исследования показали, что приземление позвоночных происходило у костистых рыб.
Команда под руководством Института зоологии Куньмина Китайской академии наук в сотрудничестве с отечественными и зарубежными исследователями раскрыла тайну перехода позвоночных из воды в сушу, исследуя геномы африканских двоякодышащих рыб, бичира, веслоноса, боуфина и аллигатора. гар. Они сообщили о результатах двух исследований, оба опубликованных в Cell .
Пять видов, проанализированных исследователями, относятся к двум основным группам (рыбы с лопастными и лучевыми плавниками) сохранившихся костных рыб. Двоякодышащие являются ближайшими современными родственниками четвероногих и обладают самым большим размером генома (40 ГБ), что более чем в 10 раз превышает размер генома человека.
Исследователи обнаружили, что функциональные элементы, связанные с гибкостью конечностей, могли происходить от хрящевых рыб и сохранялись у костистых рыб с лопастными и лучевыми плавниками, но полностью утрачивались у костистых рыб. Примитивные легкие также могли возникнуть от общего предка костистых рыб, хотя затем легкие были заменены плавательным пузырем у большинства рыб с лучевыми плавниками.
Добавив в анализ двоякодышащих рыб, исследователи предположили, что эволюция перехода позвоночных из воды в сушу могла происходить в три важных этапа генетических инноваций.
Первым шагом было то, что общие предки костистых рыб уже обладали первоначальной способностью дышать воздухом и относительной молекулярной основой. Вторым шагом было увеличение способности дышать воздухом за счет появления более респираторных генов и функциональных элементов саркоптеригов. Третий шаг мог быть результатом дальнейших генетических инноваций, таких как большее количество генов и функциональных элементов, что обеспечило последнюю важную основу для перехода от воды к суше.
Кроме того, исследователи обнаружили, что функции, связанные с движением конечностей, также постепенно эволюционировали. Плечевая кость — это проксимальный базальный элемент саркоптериговой передней конечности, которая произошла от метаптеригия у базальных лучеплавниковых рыб , лучевая кость могла возникнуть от предков двоякодышащих рыб и четвероногих, а пентадактильная конечность в конечном итоге появилась у четвероногих.
Кроме того, они показали, что переход от воды к суше также сопровождался совместной эволюцией системы кровообращения, мозга и двигательной системы.
Результаты этих исследований важны для понимания механизма и процесса эволюции позвоночных от воды к суше.