小海葵进食越多长出的触角就越多 科学家发现其中原因

2020年09月17日 01:47 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

几乎每个学生都知道,猫有四条腿,人类有两条腿,蜘蛛则有可怕的八条腿。它们的四肢数量是不可改变的,由它们的遗传密码设定。但一项新的研究表明,小海葵是第一个被证明可以根据食物多少长出全新肢体的物种。

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小海葵(Nematostella vectensis)是一种微小的、像花一样的无脊椎动物,生活在北美沿海和英国部分地区的浅盐湖中。它们开始时是可移动的幼虫,然后钻进细泥中,在那里发展成成虫,并在其短暂的生命中停留。为了进食,它们用充满毒液的触角捕捉小软体动物和甲壳类动物,并把它们拉到嘴里。但科学家们一直不知道为什么有的海葵只有4根触角,而有的却有24根之多。

欧洲分子生物学实验室的发育生物学家艾萨姆-伊克米和同事们在实验室里饲养了1000多只指甲大小的生物。在从事另一个项目时,伊克米注意到,海葵吃得越多,它们的触角出现得越快,有些海葵可以在短短几天内长出新的触角对。但当喂养速度放缓时,触角的生长也会放缓。

海葵从嘴边的四个中心芽开始,长成它们的前四个触角。此后,新触角的生长似乎是由食物的供应所驱动的。当科学家们给海葵喂食正常的盐水虾时,需要5天时间才能长出新芽,而且还需要5天时间,这些芽才能达到完全发育的触角长度。

为了发现是什么推动了触角的生长,研究人员翻阅了文献,发现海葵与其他动物、植物甚至酵母相似,有一个细胞信号通路,将营养摄入与发育过程联系起来。当研究人员阻断了这一途径,即所谓的雷帕霉素靶点时,尽管它们不断地被喂养,海葵停止了新芽和触角的生长。

但是,构建结构的配方并非只有一种,研究人员发现,成年阶段的触角与海葵的前四个触角发育方式不同,他的团队确定了肌肉细胞中负责生长这些启动芽的基因。研究人员利用基因编辑技术CRISPR,然后创造了缺乏该基因的突变海葵。突变体的前四个触角芽发育成熟,但没有额外的触角随之而来,即使它们被喂得很好。没有基因,海葵根本无法长出新的触角。更重要的是,基因活跃的肌肉细胞标志着下一波触角的生长位置。而随着它们的生长,邻近的肌肉细胞也会激活它们自己的基因版本,在海葵的身体上形成新芽的涟漪效应。

一些海葵物种可以活超过65年,它们需要不断地使自己的身体适应不断变化的环境条件,即使是相对简单的结构,如触角,也会使用复杂的遗传程序来做到这一点。海葵是动物,但反应更像植物。因为它们通常被困在一个地方 所以它们不断地适应环境 而且,像植物一样,海葵会长出新的身体结构,而不是储存能量。科学家们认为,这使它们成为研究复杂的机体与环境关系的绝佳人选。

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