新研究表明四肢的进化可能与精细运动控制的出现有关

研究人员已经发现了一种遗传特征，该遗传特征仅位于提供或支配生物体最外层肢体(手和脚)肌肉的神经细胞中。在小鼠和雏鸡中都观察到的这种信号涉及多个基因的协同活性，并且与支配附近解剖区域(例如肢体中更近端的肌肉)的细胞根本不同。这些发现表明，四肢的进化可能与精细运动控制的出现有关，例如抓握是生物学最基本的适应方法之一。

这项研究由哥伦比亚大学Mortimer B. Zuckerman思维脑行为研究所和纽约大学的神经科学家领导，已发表在《神经元》杂志上。

“大约4亿年前，手，脚和手指的出现代表了进化的转折点;它帮助第一批陆生动物完成了各种精细的运动技能，例如抓地力，最终导致了人类每天使用的复杂运动能力-从键盘打字到绘画艺术品。杰西尔(Jessell)博士，该论文的资深作者，哥伦比亚大学祖克曼研究所(Columbia's Zuckerman Institute)联合主任。“但是，尽管精确的运动控制已证明对数亿年的生存至关重要，但对于延伸到我们的手指和脚尖的神经细胞如何使这些技能成为可能的知之甚少。”

对于这项研究，研究人员专注于运动神经元，运动神经元是指导运动的神经细胞。运动神经元通过支配特定的肌肉，然后传递来自大脑的有关这些肌肉应如何运动的信号，来实现此目的。指导手指运动的运动神经元称为神经支配神经运动神经元。

“当我们开始这项研究时，我们只是想比较提供腿部不同肌肉的运动神经元的关键分子特征，即基因活性，”哥伦比亚大学医学博士/博士学位候选人，论文的第一作者Alana Mendelsohn说。“相反，很快变得清楚的是，与神经支配肢体近端肌肉的运动神经元的活动相比，足部数字神经运动神经元的基因活动模式明显不同。”

尤其是，孟德尔松(Mendelsohn)观察到，同时为手和脚提供动力的运动神经元不会产生称为维甲酸的分子。

Mendelsohn说：“运动神经元的标志性特征之一是它们需要视黄酸才能生长和发育。”“但是由于某种原因，数字神经运动神经元没有产生这种神经。”

实际上，实验表明，在这些神经元中，视黄酸是有害的。当研究小组在小鼠和鸡胚的数指神经运动神经元中人工诱导视黄酸活性时，它停止了数指神经运动神经元的发育。Mendelsohn和Jessell博士假设其他因素阻碍了视黄酸的产生，并且视黄酸的缺失至少在一定程度上确保了神经支配性运动神经元的健康发育。

为了进行调查，哥伦比亚研究人员与杰里米·达森(Jeremy Dasen)博士进行了合作，杰里米·达森(Jeremy Dasen)博士是杰西尔(Jessell)博士前博士后，现在是纽约大学神经科学研究所(New York University Neuroscience Institute)的神经科学教授，也是运动回路发展和进化的专家。作者在一起推测，关键可能在于Hox基因，Hox基因是一个驱动神经系统生长和发育的基因家族。

在发育各个阶段的小鸡和小鼠胚胎中进行的一系列实验中，研究人员确定了两个这样的Hox基因家族成员，即Hoxc8和Hoxc9，它们都是提供手的运动神经元所必需的。令人惊讶的是，尽管高水平的Hoxc9对肢体神经运动神经元有害，但数位神经运动神经元的独特之处在于它们实际上需要Hoxc9-尽管水平较低。

杰西尔博士说：“低水平的Hoxc9显得尤为重要，”杰西尔博士也是哥伦比亚大学医学中心神经科学与生物化学和分子生物物理学系的克莱尔·陶(Claire Tow)的运动神经元疾病教授。“ Hoxc9活性足够高，可以阻止视黄酸的产生(这本来是有害的)，但足够低，仍然可以产生其他蛋白质，我们认为这些蛋白质对于完全形成指神经的运动神经元也是必需的。”

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