我國科學家研究發現揭開肺臟進化之謎

來源：媒體滾動

器官的起源和演化一直是生命科學領域最爲基礎而又充滿挑戰的科學問題之一。2月15日，記者從西北工業大學獲悉，該校翱翔戰略團隊生態環境學院王堃、邱強和王文教授團隊研究發現，肺臟的形成遵循了一套“遺傳控制系統”。這項在動物生態學領域的最新原創研究成果於14日發表在《自然·生態與進化》期刊上。

研究團隊此前的研究顯示，肺與魚鰾同源，至少在硬骨魚祖先中初現雛形，並早於泥盆紀早期脊椎動物登陸事件。另一方面，一些化石記錄、發育模式和分子數據則暗示，肺可能起源於軟骨魚與硬骨魚的共同祖先，但其具體起源節點仍未明確。

爲了解開肺臟進化之謎，團隊在對多種動物的肺組織進行研究的基礎上發現，肺臟主要通過遺傳控制系統重組基因調控網絡而實現演化。

“就好比一本詳細的操作手冊，指導細胞如何協同工作：遺傳控制系統指揮着細胞如何排列成複雜的血管分支，同時讓肺部上皮細胞（構成肺壁的細胞）發揮專門功能，從而打造出一個高效的氣血交換平臺。”王堃表示。

有趣的是，雖然軟骨魚（例如鯊魚和鰩魚）體內也具備構建肺臟所需的基礎基因，但它們並沒有真正發展出肺臟。原因在於，這些基因在軟骨魚體內已經被用到了其他任務上。王堃舉例說，“本來在肺中用於降低表面張力、幫助呼吸的表面活性蛋白基因，在軟骨魚中卻主要負責免疫系統調控。”

進一步的研究顯示，真正促成肺臟形成的關鍵在於硬骨魚祖先獨特的基因調控網絡。王堃提出，這一點的證據來自對肺部特異性調控元件的詳細分析：在硬骨魚祖先中，有1040個專門調控肺臟發育的DNA序列，而在後來失去了肺臟功能的生物（如某些蠑螈）中，這些序列大多消失了，相比之下，較早期的調控元件則相對保持不變。

這一發現不僅解釋了爲什麼擁有相關基因的軟骨魚卻沒有演化出真正的肺臟，也與最新的化石研究結果互爲佐證，爲關於脊椎動物呼吸系統起源於硬骨魚祖先提供了一份新的、充滿說服力的證據。

研究團隊表示，在後續的演化過程中，哺乳動物通過獲得新的基因，發展出了更精密的肺泡結構，提高了氣體交換效率。這些發現爲人們理解脊椎動物在漫長進化歷程中如何適應環境提供了新視角，也爲未來生物醫學與進化生物學領域的研究奠定了堅實的理論基礎。