脊索動物腹背如何翻轉?

大家都知道人類是脊索動物,但你可能不曉得:脊索動物的演化過程中腹背曾經翻轉,只是到底如何翻轉,困擾了科學家一百多年。 中研院細胞與個體生物研究所蘇怡璇副研究員以及臨海研究站游智凱主任,從玉柱蟲研究找到線索,推論脊索動物祖先在演化過程中,原本腹部的口部曾經消失,後來又在背部演化出新嘴巴,因為嘴巴位置定義哪裡是腹部 (以及相對的背部),就這樣造成了腹背翻轉,最終演化出脊索動物,精彩論文已於 2019 年 6 月刊登在《美國國家科學院院刊 》(PNAS)。跟著研之有物一起來了解!

翻過來的龍蝦像脊索動物?

脊索動物,是動物界中的一門,包括人類、鳥類、魚類等等。脊索動物有個重要特徵:神經管位於背部、腸胃等消化系統位於腹部。以文昌魚為例:

 

圖為脊索動物代表——文昌魚。脊索動物門包含頭索動物、尾索動物、脊椎動物,共同特徵是在個體發育過程或某時期有 (支撐身體的) 脊索、背神經管 (神經集合成一束) 和分節的肌節,脊椎動物 (如人類) 又多了脊椎骨和發達的頭部。圖片來源│游智凱圖片重製│林洵安

圖為脊索動物代表——文昌魚。脊索動物門包含頭索動物、尾索動物、脊椎動物,共同特徵是在個體發育過程或某時期有 (支撐身體的) 脊索、背神經管 (神經集合成一束) 和分節的肌節,脊椎動物 (如人類) 又多了脊椎骨和發達的頭部。 圖片來源│游智凱 圖片重製│林洵安

 

其他動物的神經或是散漫分布 (如水螅),或是環繞身體 (如海膽)。蝦子和蚯蚓與脊索動物一樣身體左右對稱,神經集中成一束,但牠們的腸子卻在背部 (如蝦子背上黑黑的腸線),神經管位於腹部,跟脊索動物剛好相反。

1822 年,法國自然學家聖伊萊爾 (Geoffroy Saint-Hilaire) 就曾盯著龍蝦發想:如果把龍蝦翻過來,不就很像脊索動物(神經管在上、腸子在下)嗎?那麼,動物的腹背是否曾經發生翻轉呢?

 

龍蝦一樣有神經管,把牠翻過來,神經管在上、腸子在下,很像脊索動物。圖說設計│黃曉君、林洵安

龍蝦一樣有神經管,把牠翻過來,神經管在上、腸子在下,很像脊索動物。 圖說設計│黃曉君、林洵安

 

可惜的是,在聖伊萊爾的時代,人們仍堅信「創造論」,認為每種動物是各自獨立出現在地球上,彼此沒有關係。像聖伊萊爾這種超越時代、類似「演化論」的想法被斥為無稽之談。直到 1859 年,達爾文發表《物種起源》,科學家才開始從演化的角度,探究脊索動物腹背翻轉的謎團。

1894 年,科學家戈斯登 (Walter Garstang) 注意到棘皮動物半索動物幼體的嘴巴皆圍繞一圈神經,推想這圈神經後來集中成束,演化成脊索動物的神經管。後人接棒推測:這圈神經繼續往腹部集中,腹部的嘴巴卻慢慢移動到背部,因為嘴巴決定腹部的位置,就這樣造成腹背翻轉……

「但這些『推想』都沒有實際證據,像神經往腹部集中、嘴巴移動到背面的說法,簡直匪夷所思,我決定從半索動物玉柱蟲下手,好好研究這個問題。」蘇怡璇說。

 

 

要看更完整的精采文章,請至研之有物官網:

http://research.sinica.edu.tw/chordate-origin-acorn-worm-evolutionary-developmental/

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