无肺蝾螈的皮肤表达对肺功能至关重要的蛋白质

几十年来，科学家们一直认为，缺乏肺部的数百种蝾螈通过它们的皮肤和口腔内壁“呼吸”，哈佛大学的研究人员正在为他们如何做到这一点提供第一个具体证据。由詹姆斯汉肯，比较动物学博物馆动物学教授亚历山大阿加西斯和爬虫学家策展人，在汉肯实验室工作的博士后研究员扎卡里刘易斯和哈佛大学延伸学院学生豪尔赫多兰特斯撰写的一项新研究表明，该基因是产生的表面活性剂蛋白 C-A 键蛋白质用于肺部功能在表示皮肤和lungless的嘴蝾螈，提示它也起着用于皮肤呼吸中起重要作用。该研究在发表于英国皇家学会会刊B的论文中有所描述。

汉克说：“他们正在部署同样的机器，这些机器是蝾螈使用的。” “一般来说，这只是从形态学角度来看，所以这是令人兴奋的，因为这是这个非常有趣的特征的第一个分子 - 遗传相关性。”多年来，科学家们已经指出了蝾螈解剖学，以支持他们通过皮肤和嘴巴呼吸的想法。

“几十年来人们所知道的是，他们的血液供应从心脏分流到皮肤，”汉肯说。“有一种血管不存在于其他动物体内 - 否则会进入肺部，而是进入皮肤。“还有很多富集的血管进入口腔，”他补充说。“如果你看着蝾螈静止的时候，他们没有呼吸，因为他们没有肺部，但是你可以看到他们的喉咙发出脉冲声。据信，他们基本上是在进出他们的空气。口“。

汉肯说，这种强有力的间接证据意味着很少(如果有的话)进行研究以密切关注蝾螈的呼吸方式。事实上，他和刘易斯唯一能够提出这个话题的工作是以近百年历史未发表的博士的形式出现的。论文。“论文由一位名叫Grace Mekeel的女士完成，于1930年完成，并且仅在一次会议摘要中发表，”汉肯说。“她制作了连续的胚胎切片，并指出，在无肺火蜥蜴中，肺实际上开始形成，但随后停止。”

在获得论文副本后，刘易斯首先着手确认这些初步发现，然后释放出更先进的遗传工具，以准确检查蝾螈发育过程中发生的事情。“有关肺部发育的大量信息，”汉肯说。“当肺部形成时，人们已经准确地确定了哪些基因被表达......当Zack看到在蝾螈中表达的基因时，他们就拥有它们。他们没有成年人的肺部，但他们确实开始了形成它们的过程。形成了不同的器官雏形。“

汉肯说，当刘易斯寻找与肺功能相关的其他基因并发现无肺蝾螈实际上有两份表面活性蛋白基因时，真正令人惊讶。“在猛禽蝾螈中，这两个基因的拷贝都在肺部表达，但当我们看到无肺动物时...我们发现在幼虫中，第二个拷贝，我们称之为SFTPC样，在皮肤中表达，”汉肯说。“但是当幼虫变形并降落在陆地上时，它们的皮肤就会变干并变得角质化，扩散不会那么容易发生。此时，表达从皮肤变为口腔。”

“基因表达的位置与每个生命历史阶段的首选呼吸位置相匹配的事实使我们认为有一些参与气体交换，”刘易斯说。虽然有证据表明SFTPC允许肺部充气和放气并防止它们塌陷，但蛋白质的另一个作用是减少肺部内部称为下颌的薄液层的厚度。

“气体交换发生的决定因素之一是氧气供应和血液供应之间的距离，”汉肯说。“因此，人们认为蛋白质的一个作用就是使下颚更薄，允许更多的氧气进入。”Hanken说，在无肺蝾螈中，蛋白质似乎起着相同的作用，有助于促进它们通过皮肤和口腔吸收氧气的能力。

虽然令人惊讶，但Hanken指出，结果并非没有警告。“我们记录的是表达，”他说。“我们实际上还没有证明蛋白质存在。我们无法为这种蛋白质提供抗体。” 一旦更好地了解蛋白质的结构和功能，这种新发现的重复蛋白质可能具有重要的治疗意义。“由于表面活性剂产生不足，早产儿经常患有呼吸窘迫综合症。如果将这种新的表面活性蛋白用于新生儿提供的表面活性剂混合物中，这种新表面活性蛋白可能是有益的，”Lewis说。

Hanken说，这种类型的基因重复在生物学中并不少见。“对基因重复有很大的兴趣，因为这个想法在进化中非常重要，”他说。“什么基因重复允许有机体继续做它一直在做的事情，因为这个功能不会丢失。但是还有第二个基因可以以其他方式部署。”

虽然在少数其他生物中观察到无肺，但有数百种蝾螈物种缺乏它们。

“在青蛙和其他动物的情况下，你可能倾向于认为它允许特定的动物通过，但它没有那么大的优势，因为只有一个物种拥有它，”他说。“但是对于火蜥蜴来说，大多数活蝾螈都是无肺的，而且它们似乎并没有受到特别的限制......这就是为什么我们想要或许他们有这种分子帮助可以帮助它们。”

Hanken说，未来的研究可以继续努力，以确定是否在无肺火蜥蜴的皮肤中发现了其他表面活性蛋白。“这就是比较生物学的魅力所在，”汉肯说。“我们可以看到这是蝾螈如何做到这一点;其他有机体是否做同样的事情?如果它们是，它们都会进化为融合。”

“这个项目向我展示了关于动物的生理学问题仍然有很多未解决的问题，这些问题在表面看起来很基本 - 就像无蝾螈的蝾螈呼吸一样?” 刘易斯说。“实际上，查看这些基本问题可以让我们深入了解意想不到的主题，例如基因的进化和特殊生理特征的遗传基础。”