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为探究蜘蛛胚胎发育及眼睛演化,研究人员对拟穴漏斗蛛展开研究,揭示其胚胎发育特征及 RDN 基因作用。
在神秘的洞穴世界里,生活着许多独特的生物,洞穴蜘蛛就是其中一类。它们长期生活在黑暗的洞穴环境中,身体往往会发生一些有趣的变化,比如眼睛的退化。然而,目前我们对蜘蛛胚胎发育的多样性了解还相对较少,尤其是洞穴蜘蛛的胚胎发育过程,几乎一无所知。这就好比在探索生命演化的拼图中,缺失了重要的几块。同时,蜘蛛眼睛发育的遗传机制也尚不明确,这无疑为我们理解蜘蛛的演化之路蒙上了一层神秘的面纱。
为了揭开这些谜团,来自以色列希伯来大学、美国哈佛医学院、美国威斯康星大学麦迪逊分校等机构的研究人员,对拟穴漏斗蛛(Tegenaria pagana)进行了深入研究。相关研究成果发表在《EvoDevo》杂志上。
研究人员主要运用了荧光染色和共聚焦显微镜技术,对拟穴漏斗蛛的胚胎发育过程进行观察,并研究了视网膜决定网络(Retinal Determination Network,RDN)中多个基因的表达模式。同时,还建立了实验室培养拟穴漏斗蛛的方法,为后续研究提供了稳定的样本来源。
研究结果如下:
- 拟穴漏斗蛛胚胎发育过程:研究人员详细描述了拟穴漏斗蛛从卵受精到孵化的完整胚胎发育过程,将其划分为 14 个阶段(Stage 1 - Stage 14)。在早期阶段,卵内的核分裂和卵黄分裂与其他蜘蛛类似,都发生在卵黄内部。随后,经过一系列复杂的过程,逐渐形成胚盘、胚孔等结构。在发育过程中,拟穴漏斗蛛的胚胎与其他已知蜘蛛物种相比,有许多独特之处。例如,在胚孔形成阶段,它没有形成明显的胚盘,这与之前研究的某些蜘蛛物种不同;其附肢分节出现的时间比其他研究物种更早,而腹部体节虽然更早变得明显,但数量增长却更缓慢。
- 关键视网膜决定基因(RDGs)在拟穴漏斗蛛眼睛发育中的表达:研究人员检测了 8 个 RDN 基因(Pax2.1、sine oculis 1(so1)、eyes absent(eya)、orthodenticle 2(otd2)、dachshund 1(dac1)、dachshund 2(dac2)、Six3.2 和 atonal 1(ato1))在拟穴漏斗蛛眼睛发育过程中的表达情况。结果发现,不同基因在不同发育阶段和不同类型眼睛(主眼和副眼)中的表达模式各异。例如,Pax2.1 在副眼形成区域表达,且在发育后期在所有眼型中均有表达;so1 和 eya 在主眼和副眼的发育过程中均有表达,且表达模式相似,这表明它们在蜘蛛眼睛形成中可能具有保守的功能。
研究结论和讨论部分指出,拟穴漏斗蛛的胚胎发育与同属 RTA 进化枝的 Cupiennius salei 更为相似,这与它们的系统发育关系相符。同时,研究数据支持了 so1 基因在蜘蛛眼睛形成中具有重要作用的观点,进一步揭示了 RDN 基因网络在蜘蛛眼睛发育中的复杂调控机制。此外,该研究建立的拟穴漏斗蛛培养和胚胎研究方法,为后续在整个 Tegenaria 属中开展洞穴适应特征(troglomorphism)的比较研究提供了有力工具,有望帮助我们更好地理解蛛形纲动物眼睛退化和消失的演化过程。
总之,这项研究为我们理解蜘蛛的胚胎发育和眼睛演化提供了重要线索,犹如在黑暗中点亮了一盏明灯,为后续研究指引了方向。未来,研究人员将进一步针对盲眼 Tegenaria 物种的胚胎发育进行研究,深入探索 RDN 基因在其中的表达变化,从而更全面地揭示蛛形纲动物眼睛演化的奥秘。