科学探索|一个令人费解的谜团：为什么蝾螈会失去它们的肺？一个令人费解的谜团：为什么

对于许多脊椎动物来说，它们的肺是必不可少的。然而，四个活着的两栖动物支系不再通过他们的肺呼吸，而是主要通过他们的湿皮肤呼吸。人们对这些支系中肺部丧失的发育基础知之甚少。哈佛大学比较动物学博物馆和组织学与进化生物学系的研究人员检查了无肺螈科（Plethodontidae），这是一种在成年时都没有肺的蝾螈家族，并发现它们在胚胎时确实发育出了肺，为深入了解数百万年来肺部丧失的进化提供了依据。
他们的发现最近发表在《科学进展》杂志上。

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无肺螈科是物种最丰富的蝾螈科，占了目前所有蝾螈多样性的三分之二以上。所有成年的无肺螈科目动物都没有肺，只通过非肺组织呼吸，主要是皮肤和口腔及喉咙的粘膜。肺的丧失至少在远缘两栖动物中独立发生过四次，在两栖动物以及一些脊椎动物中都有更多的肺减少或丧失的案例。然而，这种损失的发展解释是未知的。
“鉴于无肺蝾螈占所有蝾螈物种的大约三分之二，显然无肺蝾螈做得很好，”研究主要作者、前博士生Zachary R. Lewis说，“也许失去肺使这种显著的进化成功得以实现，而不是阻碍。”
这项研究建立在Lewis在资深作者 James Hanken教授的实验室的博士工作基础上。Lewis、 Hanken和共同作者盖茨堡学院的 Ryan Kerney副教授使用组织学和微型CT检查了有肺和无肺蝾螈的肺部发育形态。他们发现，无肺蝾螈在胚胎期的肺部发育与其他物种的肺部发育方式相同。研究人员随后采用原位杂交和RNA测序技术证明，无肺蝾螈胚胎发育过程中产生的结构不仅在形态上与肺相似，而且在表达的分子方面也与肺相似。

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研究人员认为，由于缺乏维持肺部发育的线索，肺部发育在这些物种中停止了，这些线索出现在环绕发育中的肺部的组织-肺间质。
【科学探索|一个令人费解的谜团：为什么蝾螈会失去它们的肺？】“我们把来自有肺蝾螈的间质放入无肺蝾螈的胚胎中，并让它发育，”Lewis说，“它导致了类似于肺的结构的形成，提供了一些证据表明无肺蝾螈仍然有能力继续发育肺。”
这项研究还证实了Amy Grace Mekeel1936年的博士论文，该论文挑战了生物学家提出的领先理论，即成年咽部的轻微褶皱是一个残存的肺，自无肺螈科最初的肺部丧失后一直存在。Mekeel描述了一种在胚胎中形成的"肺部前体"，但在其孵化时已经消失。
“肺部前体在无肺蝾螈胚胎孵化前出现并消失，正如Mekeel所描述的那样，”Kerney说，“这项工作证明了Mekeel早期的论述，并使最初的成年遗迹假说不攻自破。”
这项研究显示，尽管在至少2500万年甚至可能超过6000万年的时间里没有功能性的成体肺，但肺部的发育-遗传途径至少是部分保守的。了解无肺螈科的肺部损失的进化也可以阐明其他脊椎动物的器官损失。
Lewis表示：“将来，如果这些遗传机制被揭示出来，我们将更全面地了解进化是如何消除像肺这样的器官的，长期以来人们认为肺对实现陆地上的生命至关重要。”