鱼类是如何进化出它们多骨的鳞片状盔甲的
重建一个单一的鲟鱼鳞甲，近摄。骨形成细胞用洋红色标记。信用:J. Stundl
（化石网）据加州理工学院：大约3.5亿年前，你的进化祖先——以及所有现代脊椎动物的祖先——仅仅是生活在海洋中的软体动物。为了生存和进化成我们今天的样子，这些动物需要获得一些保护，并比海洋中的捕食者更有优势，那时海洋中的捕食者主要是甲壳类动物。
真皮盔甲的进化是一种成功的策略，比如在装甲鲶鱼身上发现的尖刺，或者覆盖在鲟鱼身上的多骨菱形鳞甲。成千上万种鱼类利用不同图案的真皮盔甲，由骨头和/或一种叫做牙质的物质组成，牙质是现代人类牙齿的重要组成部分。像这样的保护涂层帮助脊椎动物生存下来，并进一步进化成新的动物，最终进化成人类。
但是这盔甲是哪里来的？我们远古的水下祖先是如何进化出这种保护性的外衣的？
现在，使用鲟鱼，一项新的研究发现，一种特定的干细胞群，称为躯干神经嵴细胞，负责鱼类骨盘的发育。这项工作是由Jan Stundl进行的，她现在是Marie Sklodowska-Curie博士后学者，在Marianne Bronner的实验室工作，Marianne Bronner是爱德华·B·刘易斯生物学教授，也是加州理工学院贝克曼研究所的主任。描述这项研究的论文发表在7月17日的《美国国家科学院院刊》上。
布朗纳实验室长期以来一直对研究神经嵴细胞感兴趣。在包括鱼、鸡和我们在内的所有脊椎动物中发现，这些细胞根据它们是来自头部(颅部)还是脊髓(躯干)区域而变得特化。颅神经嵴细胞和躯干神经嵴细胞都从它们的起点迁移到动物的整个发育中的身体，产生构成颌骨、心脏和其他重要结构的细胞。
剑桥大学2017年的一项研究表明，躯干神经嵴细胞在一种叫做小鳐鱼的鱼中产生了基于牙质的真皮盔甲，Stundl和他的同事们假设，同样的细胞群也可能在广泛的脊椎动物中产生基于骨的盔甲。
为了研究这个问题，Stundl和他的团队转向了鲟鱼，特别是鲟鱼。以生产世界上最昂贵的鱼子酱而闻名的现代鲟鱼，仍然拥有许多与它们几百万年前的祖先相同的特征。这使得它们成为进化研究的首选。
简·斯图德尔在实验室里抓着一条鲟鱼。信用:J. Stundl
Stundl和他的团队使用捷克共和国鱼类养殖和水生生物研究所培育的鲟鱼胚胎，使用荧光染料跟踪鱼的躯干神经嵴细胞如何在整个发育过程中迁移。几周后，鲟鱼开始长出骨质鳞甲，因此研究人员将正在生长的鱼放在黑暗的实验室中，以免光线干扰荧光染料。
研究小组在鲟鱼骨刺形成的确切位置发现了荧光标记的躯干神经嵴细胞。然后，他们使用了一种不同的技术来突出鱼的成骨细胞，这是一种形成骨骼的细胞。与成骨细胞分化相关的遗传标记在鱼的发育中的鳞甲的荧光细胞中被发现，这提供了强有力的证据，证明躯干神经嵴细胞实际上产生了骨形成细胞。
结合2017年关于神经嵴细胞在形成牙质盔甲中的作用的研究结果，这项工作表明，躯干神经嵴细胞确实是导致脊椎动物鱼类进化成功的骨真皮盔甲的原因。
“研究非模式生物是很棘手的；Stundl说:“存在于老鼠或斑马鱼等标准实验室生物中的工具要么不起作用，要么需要进行重大调整。“尽管面临这些挑战，来自鲟鱼等非模式生物的信息使我们能够以严格的方式回答基本的进化发育生物学问题。”
“通过研究生命树上的许多动物，我们可以推断发生了什么进化事件，”布朗纳说。“如果我们能够从发育生物学的角度来处理进化问题，这将是非常强大的，因为导致不同细胞类型的许多变化都是通过胚胎发育中的微小变化发生的。”
这篇论文的题目是“从躯干神经嵴进化而来的古脊椎动物真皮盔甲。”
