研究人员希望解锁世界上最小动物的遗传基因

大自然已经设法将完全相同的关键器官小型化,并将它们塞进一只不到一厘米长的青蛙体内。
Mini mum is one of the smallest frogs in the world, described by Mark D. Scherz and his colleagues in 2019. These tiny frogs from southeastern Madagascar live in amongst the leaf litter and feed on tiny mites. They are amongst the target species of the GEMINI project, because their closest relatives are ten times larger.
迷你蟾蜍是世界上最小的青蛙之一。这些来自马达加斯加东南部的小型青蛙生活在落叶层中,以微小的螨虫为食。它们是 GEMINI 项目的目标物种之一,因为它们最近的亲戚体型要大十倍。图片来源: Andolalao Rakotoarison

世界上最大的动物常常吸引最多的目光——但一些生物学家认为,最小的动物同样值得,甚至更值得研究。现在,凭借欧洲研究理事会提供的约 166 万美元的资助,专家们将很快开始以前所未有的规模研究这些小型(但生物学上引人入胜)的生物。

根据 9 月 5 日的公告,丹麦自然历史博物馆两栖动物学策展人、哥本哈根大学助理教授 Mark Scherz 将在未来五年内开展一项名为 GEMINI(脊椎动物小型化基因组学)的新项目。通过 GEMINI,Scherz 的团队将研究跳蚤蟾蜍、侏儒鰕虎鱼和熊蜂蝙蝠等动物的进化性缩小是如何将所有生物成分压缩到如此小的体型中——而又不牺牲效率或健康。通过这样做,专家们可以了解基因效率和改善如何在这些最被忽视的物种中体现出来。

A BIC pen dwarfs many of the smallest frogs, fishes, salamanders, lizards, birds, and mammals. Each of these animals has, in essence, all of the same senses and organs of their much larger relatives and ancestors, squeezed into a tiny package.
一支 BIC 牌圆珠笔比许多最小的青蛙、鱼类、蝾螈、蜥蜴、鸟类和哺乳动物都要大。这些动物在本质上都拥有与其体型大得多的近亲和祖先完全相同的感官和器官,只是被压缩到一个小小的躯壳里。图片来源: Mark Scherz 


“大型动物常常吸引我们的注意力。但我认为,大自然是如何设法将完全相同的关键器官小型化,并将它们塞进一只不到一厘米长的青蛙体内的,这同样令人着迷,”Scherz 在周四的一份声明中说。“今天,我们对这一切如何发生知之甚少,我想改变这一点。”

他解释说,先前对微型动物基因组的研究表明,当它们进化到更小的体型时,会发生“一种清理和创新”。虽然这种简化很多发生在消除所谓的“垃圾” DNA 上,但其他基因也发生了一些变化。Scherz 希望在未来几年里更多地了解后者。

过去,许多进化生物学家都信奉一项被称为“科普定律”的理论,该理论认为物种在持续进化过程中趋向于体型增大。然而,如今专家们知道情况并非总是如此,原因很明显。

“动物不可能一直变大。生理(热量、水分和氧气的交换)会在某个点设置一个极限,重力也是如此,”Scherz 说。“因此,为了使体型增大的趋势得以持续,必然存在体型减小的阶段。”

Scherz 认为,与科普定律相反,小型动物实际上可能是“真正重大创新发生的地方”。这样想吧:你身体里几乎所有关键器官的版本也存在于跳蚤蛙体内,这是去年在巴西发现的世界上最小的脊椎动物。维持这只七毫米长的两栖动物生存的所有相同的生物功能,在人类、大象以及蓝鲸——地球上最大的动物——身上也能找到。但跳蚤蛙却以更低的能量完成了这一切。

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“所有人的注意力都集中在蓝鲸和大象身上。你问任何一个孩子,他们都能告诉你关于现存最大的陆地哺乳动物、最大的海洋哺乳动物以及曾经生活过的最大的恐龙。但体型增大并非难事,”Scherz 说。“将一头二十三吨重的蓝鲸几乎所有的东西压缩到七毫米的尺寸中,这是一个更令人印象深刻的壮举。”

Scherz 在给《Popular Science》的电子邮件中表示,他认为他的研究发现将在生物医学、生物工程和生物技术行业有许多应用。

“生物工程和生物技术一直在向大自然寻求灵感和可能性的示范,在技术本身正在经历极端微型化的时代,借鉴大自然在如此小的尺寸下展现的复杂性是关键。”

 

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