地球上的生命始于3亿多年前，但人类和其他脊椎动物的历史只占这个时间尺度的一小部分。脊索动物(包括脊椎动物的群体)和棘皮动物(如海星和海胆)被认为是在大约5亿年前从共同的氘口祖先进化而来的。然而，脊索动物复杂而复杂的身体计划是如何进化的，尽管从进化和发育生物学的角度来看它很重要，但仍然不完全清楚。因此，长期以来，这一主题一直是专家们争论不休的主题。
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现在，答案就在眼前，这要归功于冲绳科学技术研究生院的Hitoshi Tominaga博士，Koki Nishitsuji博士和Noriyuki Satoh教授最近在《发育生物学》杂志上发表的一项研究。
动物的胚胎和幼虫发育都受到一组模式基因的调节，这些基因的表达提供了身体计划的蓝图。“棘皮动物是脊索动物的姐妹群。因此，对它们的发育模式的洞察可以为脊索动物的身体计划发展提供有用的信息。因此，我们研究了海星发育阶段的基因表达模式，特别是因为它们的胚胎发生模式在棘皮动物中比海胆更常见，“领导这项研究的佐藤教授说。
对于表达分析，研究小组针对海星的原肠胚(胚胎)和双皮纳利亚幼虫，也被称为Patiria pectinifera。他们使用RNA测序分析了这些幼虫在单细胞水平上的基因表达，并根据它们特定的，共享的发育相关基因表达谱将每个细胞分为22个簇。
“以前，我们只能通过单个基因在组织水平上检查RNA表达，这只能让我们对开发计划有广泛的了解，”Tominaga博士解释说。
他的同事Nishitsuji博士补充说：“单细胞RNA测序等进步使我们能够通过一组基因在细胞水平上解剖这些过程。
通过他们的RNA测序分析，研究人员开发了在多种发育结构中表达的发育相关转录因子和信号分子基因的图谱 - 包括口腔和腹外胚层，顶板，后肠和中肠，内膜胚层，气孔和原肠中的间充质，以及神经元，睫状带，肠腔和幼虫中的肌肉。
下一步是将该图谱与基于同源(两个不同物种之间相似)发育相关基因表达的脊索动物幼虫体计划图进行比较。Amphioxus是一种古老的脊索动物，被认为代表了人类等脊椎动物的起源，被选为脊索动物模型。特别注意棘皮动物幼虫的睫状带、腔骨、气孔和咽部。通过对海星和两栖幼虫的比较分析，研究人员提出了脊索动物身体计划如何从氘口祖先进化而来的新想法。
佐藤教授解释说：“通过对同源基因的分析和比较，我们可以了解祖先的哪些组织或细胞可能已经进化成脊索结构和脉索结构。
具体来说，研究小组发现脊索神经系统，例如人类的脊索神经系统，是从祖先的胚胎区域进化而来的，该区域对应于棘皮动物睫状带。此外，脊索外侧中胚层 - 产生循环系统和体壁肌肉等结构 - 可能是从双口祖先胚胎的棘皮动物腔肠进化而来的。最后，负责诱导神经细胞发育的斯佩曼组织者起源于祖先胚胎的棘皮动物气孔。
总之，这些发现提供了一个来自共同的氘口祖先的棘皮动物和脊索动物发育的潜在模型。该模型回答了进化发育生物学中的一个核心问题，解释了来自不同分类群的动物如何发展出其特征性的身体计划，以及这些计划如何在具有共同祖先的不同群体中分化。这项研究代表了进化发育生物学研究的一个里程碑，并揭示了我们自己进化史的一个关键方面。
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