生物在演化過程中如何改變形狀

 (https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec1946)

 在生命演化史上，形態特徵的喪失屢見不鮮。這個過程被稱為退化演化，通常發生在某些性狀在特定環境中變得不利或中性時。一些最著名的適應性退化進化案例包括靈長類動物尾巴的消失、蛇類四肢的消失、洞穴魚眼睛和色素的消失、淡水刺魚骨盆棘的消失以及果蠅翅膀上斑點的消失。這些演化轉變大多涉及關鍵發育基因順式調控區域的序列改變，導致發育過程中特定區域的基因表現降低或喪失。例如，淡水刺魚族群中骨盆帶的反覆消失是由於Pitx1基因骨盆增強子的缺失所致。類似地，蛇的後肢缺失是由於Sonic hedgehog ( Shh )基因ZRS增強子中單鹼基突變和小片段缺失的積累而進化形成的，這些突變和缺失影響了轉錄因子結合位點。另一方面，果蠅翅斑的缺失部分是由於黃色基因斑點增強子附近獲得了一個沉默元件而進化形成的。在所有這些例子中，形態特徵的喪失都是由單一發育增強子的功能喪失所造成的。這些喪失被認為得益於順式調控區域的模組化特性，這種特性使得特定基因的單一增強子可以在不影響其他增強子功能的情況下進化，從而最大限度地減少多效性。

然而這項研究卻發現：即使基因調控系統穩定且不易改變，基因調控序列的變化也會導致動物形態和結構的改變。

透過塞席爾果蠅（Drosophila sechellia）的演化過程中，幼蟲體表微小的毛狀結構（毛狀體）已經消失。此性狀由shavenbaby基因控制，而該基因的表現又受到多個增強子的調控。與人們預期的這種系統會保護基因表現免受改變相反，研究結果發現：shavenbaby 的四個不同的增強子在進化過程中失去了活性，每個增強子都透過不同的機制失去了活性。再透過詳細的 DNA 序列分析和功能實驗發現：增強子活性的喪失是透過不同的分子機制發生的，包括必需序列的缺失、激活因子結合位點的喪失和抑制因子結合位點的獲得、沉默子的獲得，甚至預先存在的抑制的解除。