วิวัฒนาการของปลา

ไม่มีอะไรใหม่เกี่ยวกับมนุษย์และสัตว์มีกระดูกสันหลังอื่นๆ ที่วิวัฒนาการมาจากปลา ความเข้าใจดั้งเดิมคือปลาบางชนิดเคลื่อนตัวขึ้นฝั่งเมื่อประมาณ 370 ล้านปีก่อนโดยเป็นสัตว์ดึกดำบรรพ์ที่มีรูปร่างคล้ายกิ้งก่าหรือที่เรียกว่าเตตระพอด ตามความเข้าใจนี้ บรรพบุรุษปลาของเราออกมาจากน้ำสู่บกโดยแปลงครีบเป็นแขนขาและหายใจใต้น้ำเป็นการหายใจ อย่างไรก็ตาม แขน ขา และปอด ไม่ใช่นวัตกรรมที่เพิ่งเกิดขึ้นอย่างที่เคยเชื่อกัน บรรพบุรุษของปลาทั่วไปของเราที่มีอายุ 50 ล้านปีก่อนที่สัตว์เตตระพอดจะขึ้นฝั่งเป็นครั้งแรกมีรหัสพันธุกรรมสำหรับรูปร่างคล้ายแขนขาและการหายใจด้วยอากาศที่จำเป็นสำหรับการขึ้นฝั่ง รหัสพันธุกรรมเหล่านี้ยังคงมีอยู่ในมนุษย์และกลุ่มของปลาดึกดำบรรพ์ สิ่งนี้แสดงให้เห็นโดยการวิจัยจีโนมล่าสุดที่จัดทำโดยมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนและพันธมิตร งานวิจัยชิ้นใหม่รายงานว่าวิวัฒนาการของรหัสพันธุกรรมของบรรพบุรุษเหล่านี้อาจส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของสัตว์มีกระดูกสันหลังจากน้ำสู่บก ซึ่งเปลี่ยนมุมมองแบบดั้งเดิมของลำดับและเส้นเวลาของการก้าวกระโดดของวิวัฒนาการครั้งใหญ่นี้ การศึกษาได้รับการตี พิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์Cell "การเปลี่ยนแปลงจากน้ำสู่ผืนดินเป็นเหตุการณ์สำคัญในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของเรา กุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจว่าการเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรคือการเปิดเผยว่าปอดและแขนขามีวิวัฒนาการเมื่อใดและอย่างไร ขณะนี้เราสามารถแสดงให้เห็นว่าพื้นฐานทางพันธุกรรมที่เป็นรากฐานทางชีวภาพเหล่านี้ การทำงานเกิดขึ้นเร็วมากก่อนที่สัตว์ตัวแรกจะขึ้นฝั่ง" กล่าวโดยศาสตราจารย์และผู้เขียนนำ Guojie Zhang จาก Villum Center for Biodiversity Genomics ที่ภาควิชาชีววิทยาแห่งมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน ฝูงปลาที่มีชีวิตในสมัยโบราณกลุ่มหนึ่งอาจถือกุญแจไขเพื่ออธิบายว่าท้ายที่สุดแล้วเตตระพอดสามารถเติบโตแขนขาและหายใจในอากาศได้อย่างไร กลุ่มปลารวมถึง bichir ที่อาศัยอยู่ในแหล่งน้ำจืดตื้นในแอฟริกา ปลาเหล่านี้แตกต่างจากปลากระดูกแข็งชนิดอื่นๆ ที่ยังหลงเหลืออยู่โดยมีลักษณะที่บรรพบุรุษ ปลา ยุคแรกๆ ของเราอาจมีเมื่อกว่า 420 ล้านปีก่อน และลักษณะเดียวกันนี้ก็มีอยู่ในมนุษย์เช่นกัน จากการจัดลำดับจีโนม นักวิจัยพบว่ายีนที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาปอดและแขนขาได้ปรากฏอยู่ในสัตว์ดึกดำบรรพ์เหล่านี้แล้ว ไขข้อของเราวิวัฒนาการมาจากบรรพบุรุษของปลา การใช้ครีบอกกับกลไกการเคลื่อนที่เหมือนแขนขา ทำให้บีชีร์สามารถเคลื่อนที่บนบกในลักษณะเดียวกับสัตว์เตตระพอด นักวิจัยเชื่อมาหลายปีแล้วว่าครีบอกในปลาชนิดหนึ่งเป็นตัวแทนของครีบที่บรรพบุรุษปลายุคแรกของเรามี การทำแผนที่จีโนมใหม่แสดงให้เห็นว่าข้อต่อที่เชื่อมต่อที่เรียกว่ากระดูก metapterygium กับกระดูกเรเดียลในครีบอกใน bichir นั้นคล้ายคลึงกับข้อต่อไขข้อในมนุษย์ - ข้อต่อที่เชื่อมต่อกระดูกต้นแขนและกระดูกปลายแขน ลำดับดีเอ็นเอที่ควบคุมการก่อตัวของข้อต่อไขข้อของเรามีอยู่แล้วในบรรพบุรุษร่วมกันของปลากระดูกแข็ง และยังคงมีอยู่ในปลาดึกดำบรรพ์เหล่านี้และในสัตว์มีกระดูกสันหลังบนบก เมื่อถึงจุดหนึ่ง ลำดับดีเอ็นเอนี้และข้อต่อไขข้อได้สูญหายไปในปลากระดูกแข็งทั่วไปทั้งหมด ซึ่งเรียกว่าเทเลออส Guojie Zhang กล่าวว่า "รหัสพันธุกรรมและข้อต่อนี้ช่วยให้กระดูกของเราเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระ ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมบิเชอร์จึงสามารถเคลื่อนที่ไปมาบนบกได้" Guojie Zhang กล่าว ปอดก่อนแล้วจึงว่ายกระเพาะปัสสาวะ ยิ่งไปกว่านั้น ปลาบิชิร์และปลาดึกดำบรรพ์อื่นๆ อีกสองสามตัวมีปอดคู่หนึ่งที่มีลักษณะทางกายวิภาคคล้ายกับของเรา การศึกษาใหม่เผยให้เห็นว่าปอดทั้งใน bichir และ alligator gar ยังทำงานในลักษณะเดียวกันและแสดงยีนชุดเดียวกันกับปอดของมนุษย์ ในขณะเดียวกัน การศึกษาแสดงให้เห็นว่าเนื้อเยื่อของปอดและกระเพาะปัสสาวะของปลาที่ยังหลงเหลืออยู่ส่วนใหญ่มีความคล้ายคลึงกันมากในการแสดงออกของยีน ซึ่งยืนยันว่าเป็นอวัยวะที่คล้ายคลึงกันตามที่ดาร์วินทำนายไว้ แต่ในขณะที่ดาร์วินแนะนำว่ากระเพาะปัสสาวะว่ายน้ำเปลี่ยนเป็นปอด การศึกษาชี้ให้เห็นว่ามีโอกาสมากกว่าที่กระเพาะปัสสาวะว่ายน้ำจะพัฒนามาจากปอด การวิจัยชี้ให้เห็นว่าบรรพบุรุษของปลากระดูกแข็งยุคแรกๆ ของเรามีปอดที่ทำงานได้ในยุคดึกดำบรรพ์ วิวัฒนาการของปลาแขนงหนึ่งยังคงรักษาการทำงานของปอดซึ่งปรับให้เหมาะกับการหายใจด้วยอากาศมากขึ้น และนำไปสู่วิวัฒนาการของสัตว์เตตระพอดในที่สุด ปลาสาขาอื่นๆ ได้ดัดแปลงโครงสร้างปอดและวิวัฒนาการด้วยกระเพาะปัสสาวะว่ายน้ำ ซึ่งนำไปสู่วิวัฒนาการของเทเลออส ถุงว่ายน้ำช่วยให้ปลาเหล่านี้รักษาการลอยตัวและรับรู้แรงดัน จึงอยู่รอดใต้น้ำได้ดีขึ้น "การศึกษานี้ให้ความกระจ่างแก่เราเกี่ยวกับที่มาของอวัยวะในร่างกายของเรา และการทำงานของอวัยวะเหล่านี้ถูกถอดรหัสอย่างไรในจีโนม ดังนั้น หน้าที่บางอย่างที่เกี่ยวข้องกับปอดและแขนขาจึงไม่ได้พัฒนาขึ้นในเวลาที่เกิดการเปลี่ยนแปลงจากน้ำสู่บก แต่ถูกเข้ารหัสโดยกลไกควบคุมยีนโบราณที่มีอยู่แล้วในบรรพบุรุษปลาของเราก่อนลงจอด น่าสนใจว่า รหัสพันธุกรรมเหล่านี้ยังคงมีอยู่ในปลาที่มี "ฟอสซิล" ซึ่งทำให้เรามีโอกาสตรวจสอบย้อนหลังได้ ต้นตอของยีนเหล่านี้” Guojie Zhang สรุป