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皮肤深层:鲸鱼和河马的水生皮肤适应性独立进化

一项新的研究表明,鲸鱼和河马同样光滑,近乎无毛的皮肤是独立进化的。这项工作表明,他们的最后一个祖先很可能是陆地上的哺乳动物,这使目前的想法从共同的两栖祖先在水中进行了微调,从而摆脱了目前的想法。这项研究今天发表在《当代生物学》杂志上,由自然历史博物馆的研究人员牵头。加州大学尔湾分校;加州大学河滨分校;马克斯·普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所;以及LOEWE转化生物多样性基因组学中心(德国)。

“哺乳动物如何离开坚硬地变成水生生物是最着迷的进化故事之一,也许只有首先动物用水交换土地或飞行的演变才能与之匹敌”。自然历史博物馆脊椎动物生物学分会以及该研究的通讯作者。“我们的最新发现与该领域当前的教条相矛盾-两栖河马的亲属可能已经成为过渡的一部分,因为哺乳动物重新进入了水中。”

尽管它们的外观截然不同,但是完全水生的鲸类动物(包括鲸鱼,海豚和海豚)和半水生河马彼此之间是最亲近的亲戚,并且有着大约5500万年前的共同祖先。它们还具有许多哺乳动物所不具备的许多特征:它们在水下分娩和哺乳,缺乏阴囊睾丸和皮脂腺(分泌油性皮脂)以及大部分头发。由于这些特征很少在其他哺乳动物中发现,因此可以假定它们已经存在于河马和鲸类的共同祖先中。但是鲸类祖先如何以及何时变得完全水生,仍然是激烈辩论的主题。

对过渡灭绝的鲸类的古生物学研究表明,入水是一个包括两栖阶段的渐进过程。那么河马和鲸类动物是否独立地适应了水生生活方式?还是他们的祖先已经是两栖动物,从那里开始,鲸类动物开始分化为完全水生生物?

这项研究的主要作者,加州大学河滨分校的生物学教授马克·斯普林格说:“最简单的假设是鲸鱼和河马的祖先已经是两栖动物,但进化并非总是两点之间的最短距离。”

为了帮助解决这个问题,研究人员研究了动物的皮肤,该动物的皮肤显示出对水生生物的深刻进化变化。

加州大学尔湾分校的共同通讯作者,皮肤生物学家马克西姆•普利库斯(Maksim Plikus)说:“当一组动物变成水生动物后,整个皮肤就会变得更加流线型和均匀。” “不再需要像头发,指甲或汗腺这样的复杂衍生物,事实上,它们可能成为水下生命的障碍,所以这些衍生物就消失了。它失去了皮肤外层所发挥的屏障功能,在皮肤中陆生哺乳动物对于防止水从体内蒸发和防止病原体进入至关重要。”

研究人员根据组织学比较了河马和鲸类动物的皮肤解剖结构,并使用基因组筛选方法编制了一份在河马和鲸类动物中均已失活的“皮肤基因”的综合清单。这是通过首次检查侏儒河马Choeropsis liberiensis(仅有的两种活河马物种之一)的基因组而获得的。

研究的通讯作者,马克斯·普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所和LOEWE转化生物多样性基因组学中心的进化基因组学家迈克尔·希勒说:“当您观察分子特征时,会有一个惊人而清晰的答案。”在德国。“我们的研究结果强烈支持在河马和鲸类中发现的'水生'皮肤性状独立发生的想法。不仅如此,我们还可以看到,河马谱系中的基因损失发生的时间比鲸鲸谱系中发生的时间晚得多。”

这些基因结果与对皮肤本身的检查是一致的:与鲸鱼不同,河马实际上具有一种非常特殊的汗腺,可以产生“血汗”,一种橙色物质,被认为具有天然的抗菌和防晒作用。特性。鲸类只有几根胡须,而河马则被充分晶须,但也有稀疏的体毛,最显着的是它们的耳朵和尾巴尖。后者在河马排便时使用,在此期间它们迅速旋转尾巴,刷状毛发帮助粉碎周围的粪便,以作为标记区域的一种方法。另外,鲸类的皮肤比河马的皮肤要厚得多,而河马是唯一有蹄的动物。

斯普林格说:“这些差异与基因组中的进化史记录完全一致,这表明鲸类谱系和河马进化系中的皮肤基因被独立敲除。” “这两个谱系之间都没有共享暗示着共同的水生祖先的灭活突变。”

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