@ 2016.05.19 , 19:30
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从基因角度看,长颈鹿的脖子为什么要这么长?

有史以来第一次,科学家们给世界上最高的陆地动物长颈鹿做了基因测序。令人惊讶的是,这种体格雄伟的生物只需要少数基因突变即可拥有它那长脖子和腿。

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千百年来,长颈鹿的长脖子和优雅的步伐一直吸引着人们的注意。但长颈鹿除了高(其高度能达到6米)之外,还很擅长奔跑,它们的奔跑速度能达到60公里每小时。它们还需要将血液泵至7米高的地方以便给它们的大脑提供足够的氧气。为了达到这一目的,长颈鹿进化出了一个相当大的左心室,它们的血压大约是其它哺乳动物的两倍。它们还能够消化金合欢的叶子和心皮,这些高营养食物对于其它动物而言有毒。

长颈鹿拥有长脖子的原因显而易见,生物学家Jean-Baptiste Lamarck曾提出长颈鹿进化出长脖子是为了吃到高处的食物,他的说法几乎是对的。达尔文也表示长颈鹿的脖子是自然选择的结果,只有长脖子的动物才能吃到高处的食物并生存下来。

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但科学家们并不了解长颈鹿长脖子背后的具体生物学知识,比如从基因的角度来看长颈鹿为什么会有这么长的脖子。长颈鹿的近亲霍加狓外表看起来更像是斑马而不是它们那细长的亲属,它们之间看起来根本不像亲戚。

为了了解长颈鹿的基因组成,描绘出更清晰的长颈鹿进化史,宾夕法尼亚州立大学的科学家们给长颈鹿和霍加狓做了基因测序,其结果被发表在自然通讯期刊上。

为了找到控制长颈鹿独有特征的基因,Douglas Cavener和Morris Agaba带领着团队比较了长颈鹿、霍加狓和40多种其它动物(包括牛、绵羊、山羊、骆驼和人类等)的基因编码序列。虽然长颈鹿的外表很特殊,但研究人员们最终只发现70个负责长颈鹿独特外表的基因。

上文曾提到长颈鹿和霍加狓的基因序列非常相似。这两个物种是近亲,大约在1100万至1200万年前,它们从一个共同的祖先分化而来。虽然如今除了头和蹄之外,它们看起来一点也不像,但其实在基因上它们之间的区别很小。研究人员们通过研究霍加狓的基因,得以筛选出让长颈鹿成为长颈鹿的基因。

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研究人员们给肯尼亚马赛马拉保护区和美国纳什维尔动物园的两只雌性马赛长颈鹿做了基因测序。在研究人员们已经辨别出的70个基因中,超过一半基因可编码负责调节长颈鹿骨骼、心血管和神经系统发育的蛋白质。有趣的是,其中不少基因展示出了多个适应迹象,这意味着它们带来的好处或者控制的性状不止一个。比如某些基因可以同时控制心血管和骨骼的发育。研究人员们推测长颈鹿的身材和它们的“涡轮增压”心血管系统通过少数基因的改变同时演化出来。

Cavener和Agaba发现发现某些遗传线索能够解释为何长颈鹿在拥有长脖子和长腿的同时,其脖子和腿上的骨头数目还能与人类及其它哺乳动物保持一致。

Cavener表示:“长颈鹿为了长长,必须将颈椎和腿骨延伸长。在此过程中至少需要两个基因,其中一个基因控制骨头长得更长,另外一个基因则负责刺激骨头加速生长。”

FGFRL1就是上述基因中的一个,它在某个胚胎的早期发育过程中扮演着重要角色。它还为长颈鹿出生后骨头的加速生长阶段做出了重要贡献。事实上,人类和小白鼠身上的严重骨骼及心血管缺陷就与该基因的不恰当表达有关。该基因连同四个同源盒基因(与身体结构的发育有关)一起,提供长颈鹿进化出长脖子和长腿的两个必备要素。

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Cavener指出:“我们认为在当时长颈鹿进化出长脖子之后,在它的脖子伸出去的同时,它的心血管系统也随之发生改变,这意味着某些相同的基因实际上同时控制着两个过程。”

最后, 研究人员们还发现了一组调节新陈代谢和生长的基因。这些基因可能导致长颈鹿能够代谢对其它动物而言有毒的金合欢树叶与心皮。

研究人员们希望他们能够进一步将FGFRL1基因融合到小白鼠的基因中,观察它如何影响小白鼠们的生长,尤其是小白鼠脊柱和腿的生长。最终它能让科学家们为患有骨骼畸形和其它生理疾病的人类找到治疗方法。

本文译自 Gizmodo,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 18+1

  1. 牛仔
    @2 years ago
    3145095

    生儿子前改一改基因代码,生个长腿欧巴出来。

    [10] XX [0] 回复 [0]
  2. 王二
    @2 years ago
    3145101

    吃高处的东西…咱进化个爬树不行么

    [40] XX [2] 回复 [0]
  3. 拜一刀
    @2 years ago
    3145128

    @王二: 人家长蹄子的动物你让他学爬树….

    [31] XX [0] 回复 [0]
  4. 阿囧
    @2 years ago
    3145131

    就想问:“大象,大象,你的鼻子为何那么长”

  5. 做自己ZZJ银饰
    @2 years ago
    3145134

    总感觉 能改变基因 违背自然规律了。人成了上帝。

    [0] XX [15] 回复 [0]
  6. 呐喊64
    @2 years ago
    3145141

    脖子长长但心脏不好的,都死掉了。

  7. 豆芽
    @2 years ago
    3145144

    @拜一刀: 上树?@羊

  8. 龙傲天
    @2 years ago
    3145192

    @拜一刀: @非洲山羊

  9. 老蛋
    @2 years ago
    3145200

    @拜一刀: 山羊表示爬树不是什么稀罕事

  10. 3145242

    上帝也是人造的

  11. 转播负能量
    @2 years ago
    3145279

    长颈鹿:关你屁事

  12. forger
    @2 years ago
    3145282

    @王二: 懒是一切进化的源动力

  13. 一一
    @2 years ago
    3145302

    因为脑袋离得远啊,不然这么连起来~

  14. 3145322

    为了撞飞机

  15. 鸢飞戾天
    @2 years ago
    3145332

    e68cNmN4Ob6KHuy2EqOi8QRf/Dh9s/8PQCoeGFqR53wk8jKxDtR/CQXfMlz1DwLvuGkZWkj+gHTYGlDpyOCtSCxAm4EKpAOahWRKd/wzMZYDciXbVyRa4w

  16. 鸢飞戾天
    @2 years ago
    3145333

    20caEPJ2I9FyaYnwYJtS6o4OrBxDoRGLJvbHYS9gFGNafVGcherLZ4e4CGY21asIUemgVs0USRb7pnjx5wEvgqU0BwsCs9AbjuhP+cWNrYKFalkZF9bIyQ

  17. 毛驴骑拉登
    @2 years ago
    3145791

    @王二: 你让四蹄动物爬树?

  18. 毛驴骑拉登
    @2 years ago
    3145792

    @牛仔: 最后长得跟棒子一样丑

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