康斯坦茨大学 信用:Pixabay/CC0公共域 在康斯坦茨大学进化生物学家阿克塞尔·迈耶教授的带领下，康斯坦茨、维尔茨堡、汉堡和维也纳的一组实验室利用尖端的DNA测序技术，对澳大利亚肺鱼的基因组进行了全序列测定
该基因组的总大小超过430亿个脱氧核糖核酸构建模块，比人类大近14倍，是迄今为止测序的最大的动物基因组
它的分析为基因和发育进化创新提供了有价值的见解，这些创新使得鱼类有可能在陆地上定居
发表在《自然》杂志上的这些发现，扩展了我们对大约4.2亿年前泥盆纪这一重大进化转变的理解
肺鱼是人类最接近的现存鱼类
它们与鱼类仍有许多共同之处，但已进化出一些陆生脊椎动物的特征
150年前被发现的澳大利亚肺鱼被认为是一种“活化石”，与生活在1亿年前的肺鱼化石非常相似
它们“多肉”鳍的骨骼结构与包括人类四肢在内的四足动物明显相似，澳大利亚肺鱼的活动方式也更像蝾螈而不是鱼
顾名思义，肺鱼通过肺部获取氧气，用来在水面呼吸空气
肺鱼的进化史非常长
它们属于为数不多的幸存的叶鳍鱼类谱系(肉鳍鱼类)，生活在大约4.2亿年前的“征服土地”时期，其中许多早已灭绝
这种已经灭绝的叶状鳍鱼类的一个品系产生了陆生脊椎动物，即四足动物，即所有的两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物
肺鱼仍然类似于那些已经灭绝的成功离开水的时代的血统
这就是为什么研究它们的基因组如此重要和有希望
然而，肺鱼的基因组是所有动物中最大的
它比人类大近14倍，这使得以前不可能测序
利用尖端的脱氧核糖核酸测序技术，研究财团已经完成了澳大利亚肺鱼巨大基因组的测序和组装
这是迄今为止测序的最大的动物基因组
澳大利亚肺鱼基因组的完整测序，其总大小约为430亿个核苷酸，现在有可能确认肺鱼作为四足动物的近亲的关键进化位置
此外，解码基因组的新的和更大的数据集可以证实早期的假设，即肺鱼比腔棘鱼更接近于陆地脊椎动物，腔棘鱼在1938年被发现后的50多年里被认为是与人类关系最密切的活鱼
迁移到陆地需要一系列的进化创新 “我们能在肺鱼的基因组中找到什么来解释这些鱼是如何离开水来到陆地的？阿克塞尔·迈耶说
在基因组分析中发现了基因组对陆地生命新环境条件的预适应
除了肺的发育之外，殖民土地的重大进化事件还需要许多其他的进化创新，例如闻到空气中的气味和在陆地上移动的能力
基于基因组测序，该研究从几个方面重建了陆地征服，如从鳍到四肢的进化、呼吸空气、嗅觉和繁殖
因此，研究表明，控制人类胚胎肺发育的相同基因也在肺鱼的肺中完成了这一功能
“因此肺鱼的肺在进化上可以追溯到包括人类在内的陆生脊椎动物的相同起源，”迈耶说
赋予嗅觉的基因家族已经显著增长，鳍的发育在许多方面与人类手的胚胎学相当，例如hox-c13和sal1基因的功能
手里手指的结构以及尺骨和桡骨的结构已经在肺鱼的鳍上布局好了，和人类一样，同样的基因和基因调控也负责这个问题
共同进化起源的“特征”得以保留 即使面对巨大的基因组，基因在染色体上的排列在进化上惊人地保守，这使得重建原始“乌尔脊椎动物”染色体组的状态成为可能
因此，尽管肺鱼基因组独特的扩张历史，遗传组织和同源性，共同进化起源的“标志”，我
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的染色体，已经保存了上亿年
几条单独的肺鱼染色体每一条都和整个人类基因组(有23条染色体)的总和一样大
肺鱼基因组的巨大规模可以用不同种类的可移动DNA元件来解释，这些元件在基因组中的位置是可变的，它们加起来占总遗传物质的90%
在肺鱼的进化史中，属于这一群体的所谓的线元素在两次浪潮中被极其频繁地复制
在这些活动元素的构成中，肺鱼已经比鱼更像陆地脊椎动物
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