太阳底下有什么新鲜事?发现“新”结构演变的另一种观点

甲壳动物的甲壳，以及节肢动物(甲壳动物、昆虫、蛛形纲和多足纲)中的其他板状结构都是在5亿多年前的一个共同祖先的外侧腿叶中进化而来的。这项工作进一步支持了他们关于新结构是如何进化的新概念的提议

　　

   

   

淡水甲壳类水蚤是生态学、毒理学、进化发育生物学等领域常见的研究生物。    

许多甲壳类动物，包括龙虾、螃蟹和藤壶，有一个披风状的壳从头部突出，可以发挥各种作用，如一个小洞穴储存卵，或一个保持腮湿润的保护盾。有人提出，这种壳(甲壳)并不是从甲壳类动物祖先的任何类似结构进化而来的，而是出现了新创，这种随机选择的基因也指定了昆虫的翅膀。

然而，在海洋生物实验室(MBL)的一项新研究中，研究助理希瑟·布鲁斯(Heather Bruce)和主任尼帕姆·帕特尔(Nipam Patel)为另一种观点提供了证据:甲壳和节肢动物(甲壳动物、昆虫、蛛形纲动物和多足纲动物)中的其他板状结构都是从共同的一个祖先的外侧腿叶进化而来的，并非随机选择的新创。

这一证据支持了他们关于新结构是如何进化的新概念的提议——这个新概念表明，这些新结构并不如它们看起来那么新颖。这篇文章发表最新一期的在Current Biology。 

“新结构是如何产生的是进化的中心问题，”Bruce说。“流行的观点被称为基因选择，即基因在一种环境中发挥作用，比如制造昆虫的翅膀，最终在一个不相关的环境中，它们制造了一个甲壳，但我们在这里展示水蚤甲壳不是凭空冒出来的。”

相反，他们认为，进化成翅膀和甲壳的祖先板状腿叶很可能存在于所有现存节肢动物的祖先身上。但是，由于翅膀和甲壳看起来与这个祖先的板块，以及与邻近节肢动物谱系中的其他板块如此不同，没有人意识到它们都是同一件事。

Bruce说:“我们开始意识到，那些看起来一点都不像的结构——翅膀、甲壳、翼板——实际上是同源的。这表明它们有一个单一的起源，比任何人想象的都要古老，早在5亿年前的寒武纪。”

Bruce将她的新结构如何出现的模型称为“神秘的一直存在的序列同源”。她说:“序列同源的意思是手和脚，或者是我们脊椎的椎骨，或者是蜈蚣身上重复下来的许多条腿。(重复)可以看起来非常不同，但你可以看到相似之处，它们都是使用相同的初始遗传路径构建的。在某些情况下，完整的结构不会长出来——你可能会得到一条截断的蜈蚣腿，或者它真的非常微妙和微小。虽然这些细胞已经被编程形成了腿，但它们实际上并没有长出腿来。”

在Bruce看来，只要这种结构在动物的其他部位仍然存在，这些休眠的基本结构——腿、板等——可以持续数百万年。当时机成熟时，这种结构可能会再次生长出来，并在不同物种中以不同的形式出现——比如昆虫的翅膀，或者甲壳类动物的甲壳。“如果一个祖先的结构不再需要，大自然可能只是截断或减少该组织，而不是完全删除它。但是这种组织仍然存在，并且可以在以后的世系中再次被完善，这在我们看来是新颖的，”Bruce说。Bruce解释说:“这种截断可能在进化中很常见，因为基因网络是如此相互依赖。如果一个基因通路或组织被删除，其他一些通路或组织也会受到影响。我认为神秘的一直存在理论可以解释许多‘新奇’结构。”作者通过分析几种节肢动物的基因表达模式，并消除其他关于甲壳如何进化的假设，得出了他们的结论。

“[节肢动物]所有这些板状结构的古老共同起源表明，这些结构的基因网络是非常进化和可塑的。它们能够产生惊人的多样性，”Bruce总结说。

The Daphnia carapace and other novel structures evolved via the cryptic persistence of serial homologs