【向子期專欄】人類是如何失去尾巴的？

一系列巧妙的小鼠實驗揭示了導致人類猿類祖先失去附肢的基因變化。埃文·卡拉威 Ewen Callaway發表在最新一期《自然》(Nature)的<人類是如何失去尾巴的——以及為什麼這項發現花了 2.5 年才發表>( How humans lost their tails — and why the discovery took 2.5 years to publish)
「我的尾巴呢？」
遺傳學家夏波小時候就問過這個問題，幾年前，當他在紐約大學 (NYU) 攻讀博士學位期間，尾骨受傷正在恢復期間，這個問題再次出現在他的腦海中。
夏和他的同事現在有了答案。研究人員發現了人類和其他猿類共有的基因變化，這可能是導致其祖先在大約 2500 萬年前失去尾巴的原因。
研究人員發現，基因組發生類似改變的小鼠尾巴較短或缺失，但這項見解來得並不容易。成果於 2 月1 日發表：在提交給Nature並作為預印本發布後近 900 天，因為需要額外的工作來開發幾種基因編輯小鼠品系並證明基因變化具有預期的效果。
尊重作者，」德國基爾大學的人類遺傳學家 Malte Spielmann 說道，他為《自然》雜誌審查了這篇論文。「我對他們真的成功了這一事實感到非常興奮。」
沒有尾巴的老鼠
與大多數猴子不同，猿類（包括人類）及其已滅絕的近親沒有尾巴。它們的尾骨或尾骨是其他動物構成尾巴的椎骨的遺跡。目前在麻薩諸塞州劍橋市麻省理工學院和哈佛大學博德研究所工作的夏計畫將他的博士學位致力於研究這一性狀的遺傳基礎。但他在搭乘計程車時尾骨受傷，重新激發了他對尾巴的好奇心。
憑著直覺，夏決定檢查一個因在尾巴發育中發揮作用而聞名的基因。1927 年，烏克蘭科學家 Nadine Dobrovolskaya-Zavadskaya 描述了一種短尾實驗室小鼠，她提出，這種小鼠攜帶一種名為T的基因突變，該基因在人類中的對應基因現在被稱為TBXT。「你會在第一次谷歌搜尋中找到這個基因，」夏說。
對遺傳學家版本的Google（加州大學聖克魯斯分校維護的基因組瀏覽器）的快速搜索表明，人類和其他猿類在TBXT中攜帶 DNA 插入，而其他有尾巴的靈長類動物（如猴子）則沒有。
基因剪接
在 2021 年 9 月發佈在 bioRxiv 上的預印本2中，Xia 和他的同事表明，ape 插入可以導致TBXT編碼的蛋白質的縮短形式。他們提出，縮短發生在基因轉錄成信使RNA之後，以及基因轉錄物的多個蛋白質編碼片段拼接在一起時。帶有小鼠版TBXT拷貝的基因編輯小鼠存在一系列尾部缺陷。有些尾巴被縮短或完全消失；有些則尾巴變短或完全消失。在其他情況下，它是扭結的或超長的。
Spielmann 表示，這項發現吸引了數十篇新聞報道，但預印本並未表明，當將猿類基因插入小鼠版本的TBXT時，可能會導致尾巴缺失。「他們還沒有完成主要實驗。」
該研究的共同領導者、紐約大學系統生物學家 Itai Yanai 表示，當論文提交給《自然》雜誌時，這些實驗正在進行中。他們最終表明，當基因插入被移植到小鼠基因組時，並沒有導致該蛋白質的縮短版本的水平非常高。所得小鼠具有正常的尾巴。研究人員還在小鼠版本的TBXT中插入了不同的插入片段。意外的是，這導致該基因以與人類相同的方式發生錯誤剪接。攜帶這種插入的小鼠出生時尾巴很短或完全缺失。
尾巴缺失可能有助於提高猿類直立行走的能力
柳井說，額外的實驗增加了研究的嚴謹性，即使整體結論基本上相同。「培育所有這些小鼠品係是一項艱鉅的任務，」南卡羅來納州克萊姆森大學的進化遺傳學家 Miriam Konkel 說。「當我看到這些作者所做的事情時，我真的很同情他們。」
「結果證明這是一篇更強大的論文，」斯皮爾曼補充道。「他們清楚地表明這種變化會導致尾部損失。但這不是唯一的一個。」 研究人員分析了 140 個與尾巴發育相關的基因，並確定了數千種猿類特有的基因變化，這些變化也可能與尾巴缺失有關。
紐約石溪大學的生物人類學家加布里埃爾·魯索 (Gabrielle Russo) 表示：「我很高興看到人們在支持尾巴缺失和長度縮短的遺傳機制方面開展工作。」 夏的團隊表示，尾巴缺失可能有助於提高猿類直立行走的能力，並減少它們在樹上待的時間，但魯索不太確定。化石表明，早期的猿類像樹上的猴子一樣用四足行走，並且兩足行走是在數百萬年後進化而來的。
猿猴並不是唯一沒有尾巴的靈長類動物：山魈、一些獼猴和稱為懶猴的大眼睛夜行生物都沒有尾巴，這表明這種特徵是多次進化的。
「在發育過程中可能有多種失去尾巴的方法。我們的祖先選擇了這條路，」夏說。