(資料圖片僅供參考)

他們的發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在《科學(xué)進展》雜志上。

無肺螈科是物種最豐富的蠑螈科，占了目前所有蠑螈多樣性的三分之二以上。所有成年的無肺螈科目動物都沒有肺，只通過非肺組織呼吸，主要是皮膚和口腔及喉嚨的粘膜。肺的喪失至少在遠緣兩棲動物中獨立發(fā)生過四次，在兩棲動物以及一些脊椎動物中都有更多的肺減少或喪失的案例。然而，這種損失的發(fā)展解釋是未知的。

“鑒于無肺蠑螈占所有蠑螈物種的大約三分之二，顯然無肺蠑螈做得很好，”研究主要作者、前博士生Zachary R. Lewis說，“也許失去肺使這種顯著的進化成功得以實現(xiàn)，而不是阻礙?！?/p>

這項研究建立在Lewis在資深作者 James Hanken教授的實驗室的博士工作基礎(chǔ)上。 Lewis、 Hanken和共同作者蓋茨堡學(xué)院的 Ryan Kerney副教授使用組織學(xué)和微型CT檢查了有肺和無肺蠑螈的肺部發(fā)育形態(tài)。他們發(fā)現(xiàn)，無肺蠑螈在胚胎期的肺部發(fā)育與其他物種的肺部發(fā)育方式相同。研究人員隨后采用原位雜交和RNA測序技術(shù)證明，無肺蠑螈胚胎發(fā)育過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)不僅在形態(tài)上與肺相似，而且在表達的分子方面也與肺相似。

研究人員認(rèn)為，由于缺乏維持肺部發(fā)育的線索，肺部發(fā)育在這些物種中停止了，這些線索出現(xiàn)在環(huán)繞發(fā)育中的肺部的組織-肺間質(zhì)。

“我們把來自有肺蠑螈的間質(zhì)放入無肺蠑螈的胚胎中，并讓它發(fā)育，”Lewis說，“它導(dǎo)致了類似于肺的結(jié)構(gòu)的形成，提供了一些證據(jù)表明無肺蠑螈仍然有能力繼續(xù)發(fā)育肺。”

這項研究還證實了Amy Grace Mekeel1936年的博士論文，該論文挑戰(zhàn)了生物學(xué)家提出的領(lǐng)先理論，即成年咽部的輕微褶皺是一個殘存的肺，自無肺螈科最初的肺部喪失后一直存在。Mekeel描述了一種在胚胎中形成的"肺部前體"，但在其孵化時已經(jīng)消失。

“肺部前體在無肺蠑螈胚胎孵化前出現(xiàn)并消失，正如Mekeel所描述的那樣，”Kerney說，“這項工作證明了Mekeel早期的論述，并使最初的成年遺跡假說不攻自破。”

這項研究顯示，盡管在至少2500萬年甚至可能超過6000萬年的時間里沒有功能性的成體肺，但肺部的發(fā)育-遺傳途徑至少是部分保守的。了解無肺螈科的肺部損失的進化也可以闡明其他脊椎動物的器官損失。

Lewis表示：“將來，如果這些遺傳機制被揭示出來，我們將更全面地了解進化是如何消除像肺這樣的器官的，長期以來人們認(rèn)為肺對實現(xiàn)陸地上的生命至關(guān)重要。”