大约700年前，一位荷兰诗人雅各布·范·马兰特(Jacob van Maerlant)设想了一条完全适合在陆地上生活的鱼:它长出了手臂，可以把自己吊上岸。现在，三项基因研究使他的幻想看起来非常有先见之明。总之，这些研究表明，就基因而言，水生四足动物(或四足动物)的祖先就像荷兰幻想鱼一样准备充分。它们预先装备了基因，这些基因可以用来制造四肢、有效呼吸空气的肺，以及适应陆地生活挑战的神经系统。

西班牙巴塞罗那庞培法布拉大学的进化生物学家博尔哈·埃斯特夫-阿尔塔瓦说:“所有这些研究都告诉我们，四足动物的起源是等待发生的事情。”从基因上讲，在近4亿年前脊椎动物上岸之前，“一切必要的东西都已经存在了”。

化石揭示了故事的梗概。大约在3.75亿年前，那些底部有一块骨头支撑着肉鳍的鱼，沐鸣国际平台注册被称为肉鳍鱼，迁入了浅水区。大约500万年后，一些鳍片爬到了陆地上。第一个在陆地上长出鳍的鱼必须已经具备了至少一部分的身体特征和所需的基因改造，但研究人员还没有弄清楚它们是如何以及何时具备了适应这种变化的能力。莫纳什大学(Monash University)进化发育生物学家彼得·柯里(Peter Currie)说:“如此巨大的形态转变究竟是如何发生的，这个大问题仍然在发挥很大作用。”

在上周发表在《细胞》杂志上的三项研究中，活鱼的基因取代了化石，作为回顾过去的一种方式。其中一组线索来自对诱变斑马鱼的研究，这是研究发育最受欢迎的模型。当时是哈佛大学研究生、现在是博士后的m·布伦特·霍金斯(M. Brent Hawkins)震惊地发现，变异斑马鱼的前鳍上有两根骨头，与陆地动物的前肢骨头相似，并且有完整的肌肉、关节和血管。这个发现“相当惊人”，Marie-Andrée Akimenko说，他是渥太华大学的一名发育生物学家。

两个突变基因，vav2和waslb，负责转化。这两个基因都为蛋白质编码，这些蛋白质是控制Hox11蛋白活性的途径的一部分，Hox11蛋白是指导哺乳动物两个前臂骨骼形成的调节分子，以及其他功能。在鱼类中，其他蛋白质通常会抑制Hox11并阻止这些骨骼的形成。但是霍金斯使用基因编辑器CRISPR重新创造的突变，重新激活了该通路。葡萄牙波尔图大学的发育生物学家Renata Freitas说，这一“里程碑式”的发现“改变了肢体发育和进化的范式”。

其他的遗传线索来自现存的古代鱼类谱系代表。现在只有两种肉鳍鱼还活着:肺鱼和腔棘鱼。大约4亿年前，它们从3000万年后发展成四足动物的肉鳍鱼类的门类中分化出来。今天的海洋里生活着另外一种鱼类，它们起源于4.2亿年前:鳐鱼，之所以这样命名，是因为它们的鳍由细长的刺支撑。

哥本哈根大学的进化遗传学家张国杰(音译)和中国西安西北工业大学的王文(音译)以及他们的同事们对非洲肺鱼的基因组进行了测序，这种肺鱼从其他肉鳍鱼的早期分支出来。研究人员还对比希尔鱼进行了测序，比希尔鱼是一种细长的、呼吸空气的鳐鱼，生活在非洲热带河流的浅水区。此外，他们还对美洲白鲟、弓鳍鱼和鳄雀鳝进行了测序。它们都是鳍状鱼类，沐鸣平台注册登录官网比硬骨鱼进化得早得多，硬骨鱼是当今世界水域的主宰者(见下图)。知道了每种基因在什么时候与其他基因发生分支，研究人员就可以推断出某些基因在什么时候和什么地方首次出现在鱼的族谱上。

向陆地的长距离游泳

四肢和肺部等陆地特征的基础是在鱼类家族树的深处奠定的。在肉鳍鱼和鳍鱼中发现的这些特征的基因也一定存在于它们的共同祖先中。

被测序的鱼都不属于四足动物的精确分支。然而，它们都拥有陆地上生命所需的大部分基因设备，包括大部分构建四肢所需的基因和调控DNA。例如，所有被测序的鱼类都有一个有助于形成滑膜关节的调节元件，滑膜关节使鳍和四肢变得灵活，是陆地运动所必需的。这种鱼也有11个构建肺所需的基因，它们在比歇尔鱼的肺里的工作方式和人类的一样。一种是肺表面活性剂，一种帮助肺部扩张和收缩的润滑分泌物。鳍状鳍鱼和肉鳍肺鱼显然都有一种调节元素，帮助塑造右心室，以更有效地输送氧气。

南加州大学的发育生物学家盖奇·克伦普(Gage Crump)说，这些发现表明“许多我们认为只存在于陆地动物身上的东西也存在于鱼类身上。”在肉鳍鱼和鳍鱼身上都发现了这些基因，这意味着这些基因通路一定在它们共同的祖先身上也存在，大约在4.25亿年前。“令人惊讶的是，有些元素在如此漫长的进化过程中如此保守，”张说。(研究小组报告说，相比之下，硬骨鱼除了Hox11通路外，杏3沐鸣平台已经失去了许多为早期鱼类在陆地上生活准备的DNA。)

肺鱼的基因组让我们得以一窥它们后来适应陆地生活的过程。它包括额外的肺表面活性物质基因，这是鳐鱼所缺乏的，以及用于指定五个脚趾、连接四肢肌肉的神经和使大脑快速反应的DNA。所有这些基因之前都被认为是四足动物独有的。

综上所述，王和张认为土地转型涉及三个关键步骤。呼吸空气的能力偶尔出现在鳐鱼和肉鳍鱼的共同祖先身上，大约在4.25亿年前。然后表面活性剂基因、新的神经系统基因和其他创新使得肉鳍鱼暂时离开了水。最后，在非洲肺鱼从鳍叶中分离出来之后，这个陆地脊椎动物的共同祖先获得了其他在离开水的情况下生存所需的呼吸和运动能力。

当脊椎动物迁移到陆地上时，进化显然是节俭的，利用现有的基因来适应陆地栖息地提供的机会，而不是建立新的结构和遗传途径。乌普萨拉大学(Uppsala University)的古生物学家Per Ahlberg说:“(这些研究)表明鱼类向四足动物转变的程度是通过改变现有的分子系统，而不是创造新的分子系统。”

在了解鱼类是如何登陆陆地的问题上仍然存在差距，但新的研究“让我们更接近鱼类-四足动物过渡的活体生物学，”Ahlberg补充道。范·马兰特会很高兴的。