古老的鱼鳞 - 鳞片 - 为头发 羽毛的发育提供线索

当海洋生物在大约3.85亿年前首次开始爬行并滑行到陆地上时，它们带着身上的盔甲：鳞片。化石证据显示，最早的陆地动物保留了鳞片作为保护性特征，因为它们进化为在陆地上繁殖。

但随着时间的推移，物种多样化，动物开始从海洋遗产中脱落出沉重的鳞片，并用毛皮，毛发和羽毛取而代之。

今天，鱼类规模发展的分子机制仍然非常类似于在鸟类上产生羽毛，在狗身上产生毛皮，在人类身上产生毛发的机制 - 这表明了无数极为不同的皮肤附属物的共同进化起源。

计划于周二在eLife期刊上发表的一项新研究将在一个常见的实验室遗传学模型 - 斑马鱼中检验这一过程。

“我们发现，鳞片，毛发和羽毛发育的分子途径非常相似，”该研究的主要作者，弗吉尼亚大学生物学博士后研究员安德鲁阿曼说。

Aman和他的合着者，包括UVA本科研究员Alexis Fulbright，现在是博士。犹他大学的候选人，使用分子工具操纵和可视化斑马鱼的规模发展，并梳理其工作原理的细节。事实证明，正如研究人员所怀疑的那样，今天看到的皮肤附属物起源于数十亿年前的原始脊椎动物祖先，在四肢，颌骨，牙齿甚至内部骨骼的起源之前。

虽然斑马鱼已经在广泛的基因实验中进行了数十年的研究，但是他们的规模发展大多被忽视了，据阿曼说。

"Zebrafish skin, including the bony scales, is largely transparent and researchers probably have simply looked past the scales to the internal structures," he said. "This is an area ripe for investigation, so we got the idea to look at the molecular machinery that drives the development of patterning in surface plating. We discovered profound similarities in the development of all skin appendages, whether scales, hair, fur or feathers."

Aman在该研究的资深作者David Parichy的实验室工作，以及UVA生物系的Pratt-Ivy基金会形态发生杰出教授。Parichy的实验室使用斑马鱼和相关物种作为模型研究成人形态学，干细胞生物学和进化的发育遗传学。这些普通观赏鱼的基因中有很大一部分与人类相同 - 反映出一种共同的血统可以追溯到最古老的海洋中常见的脊椎动物。

发育模式 - 例如鳞片如何在略微重叠的层中形成和形成(在斑马鱼的情况下，鱼的每一侧有超过200个圆形鳞片) - 是所有发育的关键部分，包括如何干细胞分化并变成例如骨细胞，皮肤细胞和构成人体中37万亿左右细胞的数百种细胞中的任何一种。

细胞如何分化和组织成精确的形状(有时发展成可能导致先天性疾病，癌症和其他异常的畸形形式)对于像Parichy和Aman这样的发育生物学家来说是最令人感兴趣的。了解这一过程可以深入了解出生缺陷，癌症和遗传疾病，以及在出现问题时如何解决这一过程。

例如，实际上是表皮附属物的牙齿有时会受到发育问题的影响。“我们在鱼鳞发育中发现的缺陷让人联想到牙齿可能出现的发育问题，”Parichy说。“由于鳞片再生，也许有一种方法可以使牙齿再生。”

“这项研究有助于我们在地球上的自然生命历史，进化过程和人类疾病之间建立重要的联系，”阿曼说。