脊椎动物附肢发育及进化机制的研究进展

动物形态的多样性造就了丰富多彩的动物世界.脊椎动物附肢形态的发生一直以来是研究物种形态进化发育的典型例子.脊椎动物的附肢在漫长的进化历程中发生了多次重大的改变,这大大提高了脊椎动物的适应性.另外,在由水生鳍向陆生足演化以及四足动物形态各异的四肢发育过程中,涉及很多与发育相关的基因和调控通路.本文结合发育生物学和遗传学的证据,综述了近年来对脊椎动物四肢发育及进化机制的相关研究,强调了基因的时空差异表达及调控是造成生物形态适应性进化的主要驱动力.     

澄江化石库中具眼睛的珍稀叶足动物及其在节肢动物起源上的意义

长久以来, 地球上最大的优势类群节肢动物的起源一直是学术界激烈争论的重大论题之一. 传统上认为节肢动物与环节动物密切相关, 但新的分子生物学资料表明这两大类群分属于原口动物超级谱系中的不同分支. 尽管古生物学家多认为节肢动物应该植根于早期一类称作叶足动物的具有成对不分节附肢的蠕虫, 但却始终未能发现可靠的中间桥梁去联系它们. 本文报道一种发现于著名的早寒武世澄江化石库中兼有叶足动物和节肢动物镶嵌特征的珍稀动物. 一方面, 它具有节肢动物的关键创新特征, 例如成对的眼睛和触角所显示的初步头化, 以及初级异律分节躯干所显示出的躯干分部性; 另一方面, 它却保留了叶足动物的典型特征: 如蠕虫状的体形、背刺以及叶足状附肢. 这一珍稀过渡类型的发现将为节肢动物的起源探索投进新的曙光; 这一发现也暗示着, 最原始的节肢动物很可能具有成对的单支型附肢, 而双支型附肢只是后来演化的产物.     

早寒武世澄江化石库中叶足状蠕形动物火把虫的再研究

1989年报道的早寒武世澄江化石库的云南火把虫(Facivermis yunnanicus Hou et Chen)躯体的前部具有5对触手, 而尾部被解释成简单的尖缩状; 并认为可能与环节动物的多毛类相关. 此后, 它又被解释为与五口动物或触手冠动物等类群具有亲缘关系. 最近西北大学早期生命研究所发现了完整云南火把虫标本: 完整的云南火把虫不仅显示了躯干前端的5对叶足状附肢, 而且还保存了具2~3圈钩刺的倒梨形尾部. 基于这些重要形态学信息, 本文作者对云南火把虫的分类位置予以重新界定: 其5对叶足状附肢与神奇啰哩山虫(Miraluolishania Liu et Shu)的前躯干附肢十分相近, 似为同源构造, 因而很可能与叶足类具有较近的亲缘关系. 此外, 云南火把虫的5对叶足状附肢对于探索叶足类动物和节肢动物附肢的起源更具有重要的科学意义.     

早寒武世澄江化石库中鳃曳形目的早期祖先

对澄江化石库中鳃曳虫科的最古老的直接祖先Xiaoheiqingella peculiaris以及Yunnanpriapulus halteroformis 进行深入研究, 认为二者很可能为同物异名, 其躯干之后存在一对而不是一个尾附肢, 肛前区发现可能的生殖管. 另外报道了一个极为稀有的化石鳃曳动物新属种Paratubiluchus bicaudatus gen. nov., sp. nov. (双尾拟管尾虫), 其特征为: 25列吻突, 明显的颈区, 无环纹的躯干以及一对尾附肢, 虫体各部分的比例与现生鳃曳动物的兜甲幼虫以及幼虫型鳃曳动物Palaeopriapulitidae科比较接近, 推测为Tubiluchidae科的直接祖先之一, 双肢型的尾附肢可能为Priapulidae科和Tubiluchidae科的共祖衍征. Paratubiluchus gen. nov. 很可能起源于具25列吻突的幼虫型鳃曳动物, 而且恰好处于兜甲幼虫型鳃曳动物与成虫型鳃曳动物的中间环节.     

节肢动物早期演化的基因背景

我国云南昆明和澄江等地下寒武统帽天山页岩动物群保存的大量处于不同演化阶段的节肢动物化石为研究节肢动物早期演化提供了物质依据. 最近研究表明, 节肢动物起源及其冠支类群早期演化分别由以外骨骼分节和背甲关节的形成、具关节附肢的形成和复合型头区的形成为特征的体节化事件、附肢化事件和头区化过程所组成. 本文结合发育生物学研究探索节肢动物起源及其早期演化的基因背景, 认为附肢化过程与Hox基因分别参与附肢D-V轴和P-D轴的调控作用有关. 头区化过程与原躯干前端体节形成机制的变化有关. 化石和发育生物学研究表明在复合型头区形成初期, Hox基因的表达在不同体区的分化已经发生; 但Hox基因直到冠支类群演化的早期阶段尚未对附肢特异化起明显的调控作用. Hox基因对体节和附肢特异化调控作用是冠支类群演化的后期事件.     

寒武纪澄江化石库中叶足动物起源与演化浅析*

叶足动物是寒武纪海洋中非常特殊的类群,它们因为具有柔软的叶片状附肢而得名,而这柔软的叶片状附肢正是地球历史上的“第一对腿”。这对腿的出现,使地球进入了全新的“步行”时代,并且继而开启了地球上最大优势类群节肢动物的演化之门,其重要性不言而喻。笔者以澄江化石库中的叶足动物为主线,浅析寒武纪叶足动物的起源和演化。     

寒武纪澄江化石库中叶足动物起源与演化浅析

叶足动物是寒武纪海洋中非常特殊的类群,它们因为具有柔软的叶片状附肢而得名,而这柔软的叶片状附肢正是地球历史上的"第一对腿"。这对腿的出现,使地球进入了全新的"步行"时代,并且继而开启了地球上最大优势类群节肢动物的演化之门,其重要性不言而喻。笔者以澄江化石库中的叶足动物为主线,浅析寒武纪叶足动物的起源和演化。     

海底智者——乌贼

<正>乌贼是海洋中的智者,它们除了会在遭遇危险时喷射墨汁外,还拥有其他很多令我们称奇的高超本领。顶级"易容大师"头足类动物属于软体动物门的一个纲,因这类动物的足均着生于头部,特化为腕和触手,故被称为"头足类动物"。乌贼及章鱼、鱿鱼等都是头足类动物。它们     

生长发育正常的无肌间刺草鱼突变体

通过人工诱导雌核发育纯合二倍体使突变基因的性状得以表现,筛选到无肌间刺草鱼突变体.无肌间刺草鱼突变体的脊椎、附肢和整个形体都正常,生长和运动也未见异常.这些结果证明:(ⅰ)肌间刺并不是草鱼身体支撑和运动所必需的;(ⅱ)肌间刺的发育有不同于脊椎骨和附肢骨的发育遗传调控机制;(ⅲ)用现代生物技术可以人工培育淡水主养鱼类的无肌间刺品种.统计分析结果表明,在雌核发育草鱼群体中无肌间刺草鱼突变体的比例极低,提示草鱼肌间刺的发育可能受多个基因控制,其调控机制及其复杂.无肌间刺草鱼突变体为寻找和确定特异性调控鱼类肌间刺发育的关键基因提供了难得的实验材料.     

寒武纪软舌螺壳体形态解剖研究与冠轮动物演化

软舌螺是一类寒武纪出现并于二叠纪末灭绝的古生代海生无脊椎动物,具有重要的地层划分与对比意义.但是对于该动物本身生物属性等问题一直莫衷一是,近年中国寒武纪早期的特异型埋藏化石库中发现了大量保存软躯体的珍稀软舌螺动物化石.结合华南、华北同期碳酸盐岩沉积地层中的壳体化石,系列报道将软舌螺的化石生物学、壳体矿化和分类系统学研究推到新的高度,为探讨寒武纪大爆发壳体动物的演化,尤其是冠轮动物的系统学提供新的化石证据.澄江动物群的直管螺目三槽螺属化石发现保存有粗大的扇状触手器官,其基部可以在壳体内自由伸缩,与触手基部固定的触手冠动物明显不同,表明软舌螺与触手冠动物具有不同的生理结构和取食机制.综合最新微细结构的发现,支持软舌螺是一类与软体动物关系紧密的冠轮动物.软舌螺新材料的研究对寒武纪大爆发后生动物的演化提出了新的科学问题:后生动物在矿化体制发生演化中到底是整个壳体出现早,还是多骨片的骨骼系出现早——即形态上完整的生物壳体是由多个骨片愈合而成,还是反之.如何将矿化的整壳和骨片系与壳体内部组织器官和显微结构进行有效的极向系统分析,是未来冠轮动物进化生物学和古生物系统学研究的共同挑战.     

运动仿生的前沿:从感知到运动

正运动仿生是动物行为学和机器人学交叉的新领域,是仿生科学与工程的重要分支,其内涵包括揭示动物运动的机构结构、感知控制和行为规律,指导仿生机器人的设计.运动是动物的基本行为属性,也是仿生智能机器人等人造系统的重要特征之一.运动是动物对外部环境和内部状态变化的一种行为反应,该行为涉及到动物的环境感知、信息整合、运动指令产生、肌群驱动、关节运动、肢体与外界的相     

封面说明

<正>动物在受到外界的干扰如冲击、刺激等,可以实时地调整运动模式来平衡外界的扰动以保持运动的平稳性.以短腿直立动物大鼠(Rattus norregicus)为研究对象,用单摆分别冲击大鼠的胸外侧和腹外侧,由高速摄像机和三维运动反力测试系统同步记录大鼠受到冲击时的运动行为和受到的地面反力.大鼠抗冲击的平衡调节策略与身体受冲击的部位有显著相关性.胸外侧受到冲击时,大鼠     

前景无限的仿生交通工具

我们知道,现代种种交通工具,要想正常工作,都需要一定的工作条件与环境。修路架桥,火车、汽车才能正常运行;有站有港,车辆、轮船、飞机才能正常起停。而生存在自然界中的各种各样的动物却能在各种恶劣复杂的环境中生存与运动,这是因为其运动器官和形体与恶劣复杂环境斗争进化的结果。仿照动物的某些特点与本领,人们利用现代仿生技术制造出了一系列现代新型的仿生交通工具。     

大鼠在侧向冲击下的平衡调节行为

在外界的干扰下,动物可以实时地调整运动模式,来平衡外界的扰动以保持运动的平稳性.本文以短腿直立动物大鼠(Rattus norregicus)为研究对象,用单摆分别冲击大鼠的胸外侧和腹外侧,由高速摄像机和三维运动反力测试系统同步记录大鼠受到冲击时的运动行为和受到的地面反力.研究大鼠受到侧向冲击的平衡调节策略.大鼠抗冲击的平衡调节策略与身体受冲击的部位有显著相关性.胸外侧受到冲击时,大鼠主要依靠类弹簧的身体迅速弯曲吸收能量.腹外侧受到冲击时,大鼠通过身体的侧摆和腿的外支撑,刚性地平衡侧向冲击力和力矩.通过身体的侧摆实现应急缓冲比身体弯曲的应急缓冲时间短,但是调整恢复到正常运动状态需要更多时间.研究动物在外界干扰下的身体平衡调节策略,可以为仿生机器人的鲁棒性设计提供参考.     

动物机器人:研究基础、关键技术及发展预测

动物机器人利用动物固有的感知、运动、能量供应和神经系统,通过神经信息干预,实现对生物运动行为的控制.这类特殊的机器人在运动稳定性、灵活性、环境适应性和自身运动能量供应等方面保持了天然的优势,具有重要的应用价值;同时,该研究涉及动物运动神经网络及外部调控信息与固有运动神经信息的交互作用机制等重大理论问题,是神经科学和机器人交互领域的重要研究方向.该研究高度融合了动物智能和机器智能,涉及动物行为学、神经科学、微机电技术、力学和通信技术等,是多学科交叉融合的前沿领域.本文回顾动物运动神经系统与运动行为调控之间的关系,系统梳理不同动物机器人的运动调控方法及系统构成,总结活动在水、陆、空不同空间中典型动物运动行为调控的研究进展,归纳分析动物机器人研究在运动调控方法、微电极植入、微刺激系统、通信导航和能量供应等研究中面临的关键问题,并预测未来的发展趋势.     

氨基酸转运载体SLC1A3的功能及对神经系统和线粒体功能的调节作用机制研究进展

溶质载体家族1成员3(the solute carrier family 1 member 3 gene, SLC1A3)是一种重要的兴奋性氨基酸转运载体,在动物各组织器官中均有表达,主要负责细胞的酸性氨基酸转运,对动物健康与生长发育具有重要作用.目前关于SLC1A3的研究主要集中于对神经系统的调控以及表达异常造成的相关疾病,而对SLC1A3在其他组织器官中的研究较少.近期研究表明, SLC1A3可负责细胞内胞浆与线粒体之间的谷氨酸和天冬氨酸的转运,以维持线粒体内三羧酸循环和电子传递链的正常运转,促进细胞增殖,恢复细胞功能.本文主要综述了SLC1A3在动物各组织器官中的表达情况及其发挥的生物学功能,并解析了其对神经系统和线粒体功能的调控机制,以期SLC1A3作为关键靶点为调控动物机体健康和疾病治疗提供理论依据.     

目击螳螂“单刀”捕猎

几年前,我曾经有过一次目击螳螂“单刀”捕猎的经历。对于昆虫来说,附肢似乎并不像高等动物的四肢那么重要,有的昆虫甚至可以靠脱落附肢来逃脱天敌从而保全性命。在幼年阶段,脱落的附肢也可能会伴随着蜕皮过程再生出来。螳螂自然也有这种再生的本领,意外地掉落一条行走足对     

类器官芯片在生物医学中的研究进展

目前国际上药物筛选技术主要是依据药效学模型进行细胞和动物实验,测试给药前后的变化,但是这种初筛方法的效率并不够理想.近年来,随着生物技术和信息技术的迅速发展,使得类器官芯片成为生物医学中极具特色而富有活力的新兴领域.相比传统的平面细胞培养和动物模型,类器官具有更接近在体器官的结构和功能的优势,可以更好地反映人体生理学特性.结合类器官芯片与微流控技术构建的生理微系统,可以在体外模拟人体组织器官的主要结构和功能特征.本文综述了类器官的培养现状、器官芯片的制作和应用以及结合仿生传感技术的研究工作进展.这些技术研究在药物研发、疾病模型和个性化医疗方面具有广阔的应用前景.     

早寒武世进攻型有毒节肢动物

为了防御敌害或捕杀猎物,许多现生动物发育有专门分泌和储藏毒素的毒腺,然后再通过专门的组织和器官,例如表皮组织、螫针、螫肢、毒牙等,将毒素排出体外,使敌害或猎物中毒.我们将这类能产生毒素的动物统称为有毒动物.防御型有毒动     

潜水动物的奥秘

为什么潜水动物在肺部储氧量有限的情况下,能在深水中呆很长时间?这个问题的答案,生物学家们已寻求了100多年。1870年,法国生物学家鲍尔·贝尔发现,潜水的鸭子心跳频率会骤然减慢。到了20世纪40年代时,R·伊尔温克和P·斯考兰德尔两位美国人,创立了堪称现代经典的潜水理论,指出潜水动物心脏工作缓慢,只对特别需要氧气的器官如心脏和大脑供血。又过了20年,海洋生物学家杰拉尔特·科伊曼发明了第一个自动记录器,能记录动物潜入的深度,以及在水下停留的时间。对威德尔海豹的测定结果表明,这种动物能潜下350多米深,人要到达这个深度必须穿上又…