人類行走奧秘被發掘，所需的神經環路或進化自4.2億年前的遠古魚類

蝟白鰩 (Leucoraja erinacea) 是一種利用自己腹鰭在海底漫步的軟骨魚。它利用腹側面的兩片像腳一樣的鰭沿著海底移動，這種利用肌肉屈曲和伸展左右輪流邁步的動作，與許多陸地動物非常相似。

如今，基因檢測說明了原因：根據研究人員 2 月 8 日在《細胞》雜誌線上發布的成果，蝟白鰩與陸地脊椎動物共享相同的支配肢體運動的神經細胞發育相關的基因圖譜。本文作者稱，這項工作是首個探究行走必需神經環路進化起源的研究。

圖丨蝟白鰩

「這是一個極有意思的自然史，」來自美國自然研究院的古脊椎動物學家 Ted Daeschler 說。

「那些對於我們行走不可或缺的神經元起源於遠古魚類，」來自紐約大學的神經科學家 Jeremy Dasen 稱。根據化石，Dasen 團隊估算出所有陸地脊椎動物及鰩類的共同祖先大約生活在 4.2 億年前——大約是在脊椎動物登陸幾千萬年前。

蝟白鰩屬於進化上較為原始的種群。與它們祖先的分支與魚類分道揚鑣登上陸地時相比，鰩類也並沒有很大變化，所以在鰩類與陸地脊椎動物中發現相同神經環路令人驚奇。

這一發現之旅開始於 Dasen 與論文共同作者，目前就職於斯坦福大學的 Heekyung Jung，在 YouTube 上看到了一段蝟白鰩走路的視頻。

「當時我就震驚了，」Dasen 說。「我的確知道一些魚類會走路，但我完全不知道它們竟然是這麼走的。」

大多魚類通過擺動身體和尾部遊動，而蝟白鰩的脊椎卻一直保持筆直。它們擺動煎餅一樣扁平的身體下方的胸鰭，並用像腳一樣的腹鰭行走。

對蝟白鰩動作的分析發現，它們與兩足動物的行走方式「明顯相似」。為探究這一相似性如何形成，研究人員進一步觀測了負責控制肌肉的運動神經元，發現每一種動作都需要多種不同類型的運動神經元參與。

這些神經環路的搭建部分由 Hox 基因調控，它幫助調控生物形體，指導肢體、肌肉和神經該向何處發育。舉例來說，蛇類及其他同樣丟失了一些 Hox 基因的動物無法發育出四肢，只能夠像很多魚一樣通過擺動身體在地面滑行。

通過比對蝟白鰩與小鼠的 Hox 基因，研究者們發現二者均擁有 Hox6/7 和 Hox10 基因，並且這些基因在它們體內行使著相似功能。Hox6/7 在蝟白鰩胸鰭及小鼠前肢的發育中起到重要作用；Hox10 則在蝟白鰩腹鰭和小鼠後肢的發育中進行調控。比對蝟白鰩和小鼠，其他一些參與運動調控的基因及神經環路也同樣在進化中保留了下來。這些發現顯示，蝟白鰩與小鼠有著相似的運動基因及共同的祖先。

得到的結論是「脊椎動物彼此都非常相似，」Daeschler 說。「進化是用打補丁的方式工作的。我們一直都在用著我們繼承的——來自 4 億多年前的神經環路的補丁修復版本。」

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