蜘蛛纺器起源被揭秘
你是否曾凝视草叶中精致的蛛网，惊叹于那巧夺天工的构造？这离不开蜘蛛腹部末端那灵巧的“纺织工厂”——纺器。正是凭借这一器官，蜘蛛得以编织纵横交错的“猎场”，搭乘丝线御风远行，从而成功演化出超过5万种生命形态。然而，这关键结构究竟从何而来，始终是演化生物学中的一个谜团。如今，这一谜题被揭开。来自中国科学院动物研究所、安徽师范大学与北京大学的研究团队联合攻关，通过整合前沿的基因组学与基因功能分析技术，系统揭示了纺器诞生的古老遗传框架，为探索纺器功能和仿生应用提供了理论依据。相关成果日前发表于国际学术期刊《科学·进展》。
北京大学生命科学学院、基因功能研究与操控全国重点实验室教授张蔚告诉记者，该研究通过分析蜘蛛古老“亲戚”鞭蝎等类群基因组，构建了蛛形动物基因组演化的整体框架。分析显示，这些生物的基因组演化缓慢，甚至清晰地保留着可追溯至石炭纪的古老基因组复制痕迹。
那么，这次复制事件如何促成了纺器的诞生？研究团队将目光聚焦于一个名为“abd-A”的关键基因。研究发现，在这次古老复制后产生的两个基因拷贝——abd-A-1和abd-A-2，均参与了纺器的形成。它们如同一对分工协作的“双胞胎”，在复制后逐渐获得了部分共享的新功能，这可能为纺器这一全新结构的出现提供了关键的遗传条件。
为更精细地捕捉纺器“萌芽”瞬间的细胞活动，研究团队对蜘蛛胚胎在纺器出现前后的关键时期进行了高分辨率的单细胞测序。实验结果揭示，一个足部模式基因“dac-1”的调控活动，在蜘蛛腹部一片新的区域被巧妙地“重新部署”，直接参与了纺器的精细构建，这无疑强化了纺器由肢体结构演化而来的构想。
张蔚说，研究团队为研究关键基因在纺器形成中的功能，成功在蜘蛛中构建了基因编辑体系，实现了在此类非模式生物中的功能验证。这些新技术拓展了演化发育生物学的研究外延与范式，有助于深入挖掘非模式生物中丰富的生物多样性资源。“该研究不仅填补了动物关键创新结构‘从无到有’演化过程中的认知空白，还以典型案例有力支持了‘重复基因网络驱动复杂形态创新’演化观点，深化了我们对生命史上诸多精妙结构起源的理解。”（记者晋浩天）