根据英属哥伦比亚大学动物学家的一项令人惊讶的新研究，在进化到帮助脊椎动物在水下呼吸之前，鳃在调节血液中的盐分和pH值平衡方面起着早期和同样重要的作用。图片来源:拉什帕尔·迪隆，拉什工作室
这项研究为这种进化增加了一个新的、早期的章节没有鳃的故事。
大多数鱼类都依靠鳃在水下呼吸。鲜为人知的是，就像其他动物的肾脏一样，鱼鳃控制着血液的pH值和盐分平衡。这种较少为人所知的鳃功能被称为“离子调节”，历史上一直被认为是与呼吸同步进化的。
然而，发表在《自然》杂志上的一项令人惊讶的新研究为鳃的进化史介绍了一个新的早期章节。
“我们的研究表明，我们类似蠕虫的祖先早期简化的鳃在离子调节中发挥了重要作用。而这种作用可能早在鳃出现的时候就开始了，远在它们在呼吸中起任何作用之前，”在英属哥伦比亚大学(UBC)领导这项研究的动物学家迈克尔·萨克维尔博士说。
“这确实翻转了s我们对鳃和鳃功能如何进化的理解。”
英属哥伦比亚大学的研究人员以三种有代表性的动物为基础，研究鳃何时以及如何获得功能。图片来源:英属哥伦比亚大学迈克尔·萨克维尔
一个多世纪以来，包括达尔文在内的科学家一直对鳃和肺的进化着迷。在这项研究之前，人们认为鳃最初是在脊椎动物生命开始时用于呼吸和离子控制的。在这个传统的时间轴上，这两种功能从皮肤到鳃是串联变化的，帮助脊椎动物从微小的蠕虫样生物转变为更大的、活跃的鱼类。这种从“小而虫”到“大而鱼”的转变是脊椎动物进化的决定性时刻。
这项研究比较了三种今天仍然存活但属于不同谱系的物种:七鳃鳗，脊椎动物，文昌鱼和橡子蠕虫，脊椎动物的近亲。研究人员推断，这些动物共有的任何鳃功能都是从一个共同的祖先那里获得的，这个祖先被认为存在于5亿多年前。
“我们发现，只有在脊椎动物中，鳃才被用来呼吸，而且只有在身体越来越大、活动越来越频繁的情况下，”英属哥伦比亚大学的动物学家、论文的资深作者科林·布劳内博士说。
“但我们在这三只动物的鳃中都发现了离子调节细胞。这使得我们可以将鳃中离子调节的起源一直追溯到早期后口动物，当时非常简单的鳃结构被认为是第一次进化。这一发现支持了腮最初用于早期脊椎动物呼吸的经典故事，但也为这个故事增加了一个令人兴奋的新的早期章节，显然值得进一步研究。”
参考文献:“鳃的离子调节先于气体交换和脊椎动物的起源”，作者:Michael A. Sackville, Christopher B. Cameron, J. Andrew Gillis和Colin J. Brauner, 2022年10月19日，《自然》。DOI: 10.1038 / s41586 - 022 - 05331 - 7
这项研究是与蒙特利尔大学和剑桥大学的研究人员合作进行的。
这项研究由加拿大自然科学与工程委员会和皇家学会资助。
