人类和鱿鱼如何进化出相同的眼睛

眼睛和翅膀是进化过程中最令人惊叹的创新之一。值得注意的是，这些特征在不同的动物谱系中进化了多次。例如，鸟类的鸟类祖先和蝙蝠的哺乳动物祖先都独立进化出了翅膀，这就是趋同进化的例子。鱿鱼和人类的眼睛也是如此。这种趋同进化究竟是如何产生的并不总是很清楚。

在《自然科学报告》上发表的一项新研究中，研究人员发现，尽管人类和鱿鱼属于完全不同的谱系，但它们是通过对同一基因的调整而进化的。

眼睛就是奖品

和所有器官一样，眼睛是许多基因共同作用的产物。这些基因中的大多数提供了有关如何制造眼睛各部分的信息。例如，一个基因提供了构建感光色素的信息。另一个基因提供了制造晶状体的信息。

大部分参与眼睛构造的基因读起来就像零件清单——这个基因制造这个，那个基因制造那个。但有些基因负责协调眼睛的构造。这些基因并不提供制造眼睛部件的指令，而是提供有关部件需要在何时何地构造和组装的信息。根据它们在控制眼睛形成过程中的作用，这些基因被称为“主控基因”。

与眼睛形成有关的最重要的主控基因是Pax6 。祖先的Pax6基因可能精心策划了非常简单的眼睛的形成——仅仅是一组感光细胞的集合，它们共同作用，告知原始生物何时处于户外、黑暗中或阴凉处。

如今，早期Pax6基因的遗产仍存在于种类繁多的生物中，从鸟类和蜜蜂到贝类和鲸鱼，从鱿鱼到你我。这意味着Pax6基因早于这些谱系的进化多样化——大约 5 亿年前的寒武纪时期。

Pax6基因现在控制着各种眼睛类型的形成。除了单眼之外，它还负责昆虫的复眼，复眼使用一组许多感光部件来构建完整的图像。它还负责我们与脊椎动物亲属共有的眼睛类型：照相机眼，一种带有虹膜和晶状体的封闭结构，内部充满液体，还有图像感应视网膜。

为了创造如此复杂的结构， Pax6控制的活动变得更加复杂。为了适应这一点，进化增加了来自单个Pax6基因的指令数量。

复杂之美。pacificklaus，CC BY-NC

和所有基因一样， Pax6基因是 DNA 代码中编写的指令。为了使代码发挥作用，需要读取 DNA，然后将其复制到另一种代码中。另一种代码称为 RNA。

RNA 代码的有趣之处在于它可以被编辑。一种编辑方式称为剪接，即从代码中间移除一段代码，然后将两端缝合在一起。剪接的奇妙之处在于它可以用来从同一段 RNA 代码中产生两种不同的指令。由Pax6制成的 RNA 可以以这种方式进行剪接。因此，可以从同一段Pax6 RNA 生成两种不同的指令。

在这项新研究中，长滨生物科学技术研究所的 Atsushi Ogura 及其同事发现， Pax6 RNA 剪接已用于在一个令人惊讶的谱系中创建照相机眼。它发生在包括鱿鱼、乌贼和章鱼在内的头足类动物谱系中。

头足类动物的照相机眼与脊椎动物的照相机眼具有相同的特征。重要的是，头足类动物的照相机眼完全独立于我们的照相机眼而出现。头足类动物和脊椎动物的最后共同祖先存在于 5 亿多年前。

头足类动物的Pax6 RNA 剪接很好地证明了进化如何通过完全不同的途径形成等效解决方案。利用类似的结构，进化可以提供非凡的创新。

本文最初发表于 The Conversation。阅读原文。