鱼是怎么爬上陆地的？中国研究登上顶级期刊，揭开演化之谜( 二 ) 原标题：鱼是怎么爬上陆地的

通过比较基因组学的分析，研究人员发现在这些远古鱼类的嗅觉感受器中同时存在着两种类型的嗅觉受体，除了具有鱼类都拥有检测水溶性分子的嗅觉受体之外，还具有能够检测空气分子的嗅觉受体。这与它们空气呼吸的能力相一致。
与此同时，研究人员通过对多个物种进行转录组测序(RNA-seq)，发现在远古鱼类中高表达的基因显著富集在血管新生通路，这也解释了在这些远古鱼类里的肺或者鱼鳔表面为何密布血管，从而有助于氧气在肺部的扩散及运输。
另外一些肺特异性表达的基因在软骨鱼就已经出现，这也暗示着“原肺”形成的分子基础在鱼类登陆前就已经建立。值得一提的是，利用多器官表达谱的聚类和系统发生关系分析，这一研究不仅证实了达尔文提出的肺和鱼鳔是同源器官的假说，同时证明了在鱼类的鳔是从脊椎动物早期的肺演化来的。

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图片来自华大集团早期四足类祖先登陆器官演化假想
此外，心肺系统协同演化对脊椎动物登陆相当重要。从鱼类的一心房一心室再到人的两心房两心室，心脏结构趋向于完善，而功能也变得更加复杂。研究人员找到了这一演化过程产生的功能创新相关遗传证据，并且新发现的一个基因调控元件与人类心脏疾病相关。

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主要现生脊椎动物类群演化简图
肺鱼基因组解析揭示四足动物登陆之谜
肺鱼是现存最接近四足动物的近亲，并保留了从水到陆地过渡的祖先特征。作为鱼类一大分支，肺鱼作为脊椎动物水生到陆生的“桥梁”，其基因组信息记录着脊椎动物演化史。然而它们巨大的基因组阻碍了研究人员利用组学技术对这一关键演化过程的解析。
在西北工业大学、中科院水生所、中科院北京基因组所、华南农业大学、中国农业科学院深圳农业基因组研究所、青岛华大基因研究院、深圳华大生命科学研究院等16家单位联合完成的肺鱼基因组研究中，研究人员发布了一个40Gb的非洲肺鱼基因组的染色体级组装成果，这是迄今为止报道的最大的基因组序列，是人类基因组大小（3Gb）的10多倍。该基因组的发布完善了从鱼类到陆地四足动物演化过程中关键的最后一环基因组序列。
该研究还发现，脊椎动物从水生到陆生的演化呈现了三步式演化的特征。以空气呼吸为例，空气呼吸能力和空气嗅觉的分子基础在硬骨鱼类共同祖先中已经出现，而真骨鱼则丢失了这一特性，属于更为特化的类群。随后，肉鳍鱼的祖先中出现了更多呼吸相关基因和功能元件，使得它们的空气呼吸能力进一步加强。最终，四足动物演化出了更多基因和功能元件从而具备了完备的空气呼吸能力，成功摆脱水的桎梏。与四肢运动相关的功能也呈现渐进式创新的特点：四足动物的肱骨与原始辐鳍鱼的后基鳍骨为同源器官，桡骨则可能从肺鱼和四足动物祖先开始起源，五指则从四足动物开始起源。

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非洲肺鱼基因组为理解脊椎动物水生陆生转变提供了重要桥梁
【鱼是怎么爬上陆地的？中国研究登上顶级期刊，揭开演化之谜】该成果的主要参与单位西北工业大学、中科院水生所和青岛华大基因研究院同时还参与发起了“万种鱼基因组计划”（Fish10K）的国际合作项目。该项目旨在绘制万种代表性鱼类基因组图谱，涵盖世界各地鱼类的所有目和代表性科，建立一个大规模，高质量的鱼类基因组数据库，聚焦鱼类基因组研究。目前该项目已经完成第一阶段500种鱼类基因组组装和收集工作。