マウスは、リトルスケートとして知られる軟骨魚と共通点は何ですか？
一見、あまり考えないかもしれません。 ふわふわで、大きな耳とひげがある。 もう一方はえらで呼吸し、海の周りを波紋します。 1つは実験動物または家庭の害虫です。 もう一方は野生で見られる可能性が最も高く、水族館の浅いプールの底で見られます。 しかし、これら2つの脊椎動物には共通して重要なものがあることがわかりました。それは歩く能力です。 そして、人間を含む陸上動物の歩行の進化についての考え方を変えることができる理由。
ニューヨーク大学の科学者による新しい遺伝子研究は、驚くべきことを明らかにしています：マウスのように、小さなスケートは、4本足の陸生動物が使用する歩行の左右交互のパターンを可能にする遺伝子設計図を持っています。 これらの遺伝子は、最初の脊椎動物が海から岸へとeverうずっと前に、4億2000万年前に住んでいた共通の祖先から受け継がれました。
言い換えれば、一部の動物は、陸上で生活する前であっても、歩行に必要な神経経路を持っていた可能性があります。
Cell誌で本日発表された新しい研究は、基本的な質問から始まりました：さまざまな種のさまざまな運動行動が時間とともにどのように進化または変化したのか？ NYU Neuroscience Instituteの准教授である著者Jeremy Dasenは、以前にヘビの動きに取り組んでいました。 彼は、ニール・シュビンの著書「 あなたの内なる魚：人体の35億年の歴史への旅」を読んだ後、スケートを調べることに触発されましたが、どこから始めればいいのか本当に知りませんでした。
「スケートがどのように見えるかわかりませんでした」とダーセンは言います。 「以前はレストランで食べていました。 彼が最初に見つけたものの1つは、歩行行動に従事しているクリアノーズスケートのYoutubeビデオでした。 「すごい、本当にかっこいい！ それはどのように行われますか？」と彼は言います。
ウッズホールの海洋生物研究所で収集されたスケート靴を使用して、ダーセンと他の人が見つけようと努力しました。 まず、基本：リトルスケートは、大西洋の東海岸に沿って住んでいる底辺の住人です。 彼らは実際に足を持っていないし、彼らの歩行は人間が散歩に行くように見えません。 彼らが使用するのは、泳ぐときにうねるはるかに大きなダイアモンド型の帆のようなフィンの下に位置する「下腿」と呼ばれる前骨盤フィンです。
餌を食べているとき、またはよりゆっくりと移動する必要があるとき、彼らは海底に沿って左右交互に動きながら下腿を噛みます。 下から見ると、ほとんど足がスケートを前に進めていないように見えます。
しかし、Dasenと彼のチームは、生体力学に興味があるだけではありませんでした。 彼らはスケートウォーキングの運動神経経路を制御する遺伝子を特定したかったのです。
脊椎動物のレイアウトを見ると、遺伝学者はしばしば生物の身体計画を決定する上で重要な役割を果たすHox遺伝子から始まります。 遺伝子がノックアウトまたは誤った順序になっていると、動物に災いをもたらす可能性があります（科学者が特定のHox遺伝子を意図的にノックアウトした後、頭にアンテナの代わりにハエが足を伸ばした実験のように）。
Dasenと彼の同僚は、四足動物の脊髄にあるFoxp1と呼ばれる遺伝子転写因子にも注目しました。 簡単な説明は、歩行運動を可能にする運動ニューロンをトリガーすることで機能するということです。
「マウスのようなモデル生物で[Foxp1]をノックアウトすると、手足の筋肉を調整する能力がすべて失われます」とDasen氏は言います。 「彼らは、正常な歩行を妨げる重度のタイプの運動調節障害を持っています。」Foxp1を持たないマウスに、歩くために必要な手足や筋肉がないわけではありません。
夕食を求めて海底を歩くことができる小さなスケートの遺伝子の組み合わせは、4億2000万年前に住んでいた共通の祖先にまでさかのぼります。前からではなく、海から陸への移行が始まった後に来る。 そのような遺伝的特性が非常に長い間存在し続け、異なる種間でそのようなユニークな方法で進化したという事実は、ダーセンの興奮に追加されただけです。
「手足の進化に関する多くの文献がありますが、研究するのがはるかに難しいため、物事の神経側については実際には考慮していません」とDasen氏は言います。 「ニューロンと神経の化石記録はありません。 骨の構造を見ることで進化を研究するはるかに良い方法があります。」
多くの研究者が 、初期の土地居住者に関する詳細について化石記録を調べました。 Elginerpeton pancheniがあります。これは、約3億7500万年前に海の外に住んでいた初期のテトラポッドです。 そして、 Acanthostegaがあります。これは科学者が最近分析し、四肢の成長パターンと性的成熟について学ぶ古代の脊椎動物です。
一方、他の生物学者は、今日生きている最も奇妙な魚のいくつかを見ることで手がかりを集めました。その多くは古代の血統を持っています。 シーラカンスとサルコプテリジアン、または肺魚（後者は骨盤のひれを使って歩行のような動きをする）を見た人もいます。 他の人は、ビスアールの動きを調査しました。 オタワ大学の生物学者エミリー・スタンデンによって行われた2014年の実験で見られるように、アフリカの魚種はlungと同様に肺を備えているため、水から生き残ることができます。その他。
スタンデンは、彼女が小さなスケートの新しい研究を大いに賞賛していると言います。 「（異なる動物の動きの背後にあるシステムで）かなりの類似性があると予想していましたが、それがそれと同じくらい近いという事実は素敵な驚きでした」と彼女は言います。 「私が信じているのは、神経系とその発達と機能が非常に柔軟であるということです。」
その柔軟性は、進化の歴史において明らかに重要でした。 その4億2千万年前の祖先のおかげで、今では泳ぐ魚から、くねくねするヘビ、歩くマウス、動きの組み合わせを使用するスケートまで、Foxp1遺伝子が発現または抑制される動物のユニークなボディプランと移動。
そして今、スケートでその動きを制御しているものをもう少し知っているので、人間の二足歩行を理解する際に知識が将来的に使用できる可能性があります。
「運動ニューロンがさまざまな回路に接続する基本的な原理は（複雑な生物で）実際には解決されていないため、スケートはより単純化されたシステムでそれを見る方法です」とDasen氏は言います。 しかし、彼はそれが将来にとって何を意味するのかを予測する際に自分よりも先に進みたくありません。 Dasenは、研究を見てすぐに、人々が単純に「うん、それは本当にすてきだ。 彼らは歩くことができます！」
