用水母的眼睛窺視進化的內(nèi)部運作
這種叫做Polyorchis pencillatus的小水母被稱為紅眼水母。它的多只眼睛，稱為單眼，可以在觸手的基部看到，含有感光細胞和紅色素。來源：安娜·克洛彭
有些水母的眼睛很單純；有些有復雜的。其他水母根本沒有眼睛。事實上，最近的研究表明，不同物種的水母眼睛在幾千年來以不同的方式分別獨立地進化了很多次，這使它們成為更好地了解這種性狀如何在遺傳上表達自己的理想模型。
現(xiàn)在，包括堪薩斯大學生態(tài)與進化生物學教授 Paulyn Cartwright 在內(nèi)的一組研究人員；德克薩斯 A&M 大學的 Maria Pia Miglietta，加爾維斯頓；加州大學圣巴巴拉分校的首席首席研究員托德·奧克利 (Todd Oakley) 獲得了美國國家科學基金會的資助，以研究水母眼“收斂”——生命歷史上的重復事件——如何提供一個窗口，了解進化是如何在遺傳、細胞和形態(tài)學水平。
NSF 贈款的 KU 部分總計 494,890 美元。
“眼睛在水母體內(nèi)獨立進化了多次，”卡特賴特說?！拔覀冊缇椭溃⒎撬袆游锒加醒劬Φ膯我黄鹪?，但對它們在水母中獨立進化的次數(shù)感到驚訝?！?/p>
現(xiàn)在，卡特賴特和她的合作者計劃對進化模式進行科學的“深入研究”，以發(fā)現(xiàn)水母每次進化時是否使用其遺傳工具包的相同或不同方面來構建眼睛。
研究人員計劃重建一個詳細的 Medusozoa（刺胞動物門中的進化枝）的系統(tǒng)發(fā)育樹，以追蹤水母眼睛的進化歷史，并使用比較轉(zhuǎn)錄組和單細胞RNA測序來確定會聚眼睛遺傳途徑的異同。
“水母是一個非常好的系統(tǒng)，因為它們有各種各樣的眼睛，從簡單的感光細胞簇到非常復雜的眼睛——可以形成圖像并具有晶狀體、角膜和視網(wǎng)膜的相機型眼睛——從表面上看，它們看起來與脊椎動物相同，”卡特賴特說。
在她的 KU 實驗室中，她計劃分析許多種類的水母，以確定在不同水母眼睛的單個細胞中表達的所有基因，并找出不同水母實例之間共有的內(nèi)容以及它們的基本遺傳構件發(fā)生了什么變化。
“細胞本身有自己的特征，它們實際上是許多不同基因表達的結果——所以有時我們可能會通過查看單個基因而錯過整體模式，”KU 研究人員說?！暗绻覀儾榭醇毎斜磉_的所有基因以及特定結果是什么，這可能會給我們提供不同水平的信息。這就是為什么看看所有這些不同的層次，看看有什么相似之處和改變了什么，以真正幫助我們理解這個非常復雜的問題。水母是一個很好的系統(tǒng)，因為它們非常適合這些類型的實驗。我們可以查看單個基因以及它們是如何表達的；我們可以全面查看這些細胞中表達的所有基因；
NSF 新?lián)芸钕碌牟糠止ぷ鲗ㄇ巴干锒鄻有缘臒狳c巴拿馬收集標本。Cartwright 和她的同事將利用他們的研究成果來構建更詳細的水母系統(tǒng)發(fā)育樹或進化史。
“水母種類繁多——有幾千種，”卡特賴特說?！敖沂舅鼈兇_切的進化歷史確實具有挑戰(zhàn)性，部分原因是這種多樣化發(fā)生在十億多年前。另一個挑戰(zhàn)是對這些生物進行采樣。他們中的許多人生活在深海的公海環(huán)境中，其中一些非常小而且很難找到。因此，我們正在研究一個多樣化且難以抽樣的群體中的古代分歧時間。這是我職業(yè)生涯至少過去 20 年一直在努力的挑戰(zhàn)，所以我們在基因組學時代感到非常興奮，因為獲得更多數(shù)據(jù)并能夠?qū)Ω嗷蜻M行測序并拋出更多DNA預計這個問題的序列在解決刺胞動物之間的一些關系方面非常有希望。”