กระดูกสันหลังเริ่มต้น: เรื่องราวที่ทำให้รู้สึกเสียวซ่ากระดูกสันหลัง

กระดูกสันหลังเริ่มต้น: เรื่องราวที่ทำให้รู้สึกเสียวซ่ากระดูกสันหลัง

ข้ามสะพาน: การทำความเข้าใจที่มาของสัตว์มีกระดูกสันหลัง 

Henry Gee University of Chicago Press (2018)

ความลึกลับที่ยังหลงเหลืออยู่บางส่วนในสัตววิทยาเกี่ยวข้องกับต้นกำเนิด เช่น เซลล์หลายเซลล์ ระบบประสาทที่ซับซ้อน วงจรชีวิต และเพศ เป็นต้น ต้นกำเนิดวิวัฒนาการของสัตว์มีกระดูกสันหลังเป็นหนึ่งในสิ่งที่ยากที่สุดในบรรดาสัตว์เหล่านี้ แม้ว่าจะมีการทำงานมานานกว่าศตวรรษซึ่งครอบคลุมสาขาวิชาและกลุ่มสัตว์ต่างๆ

ในข้ามสะพาน Henry Gee ทบทวนงานวิจัยล่าสุดในพื้นที่นี้ Gee (บรรณาธิการอาวุโสที่รับผิดชอบด้านบรรพชีวินวิทยาและการพัฒนาเชิงวิวัฒนาการที่ Nature) สังเคราะห์ผลงานจากกายวิภาคศาสตร์ ชีววิทยาพัฒนาการ จีโนม บรรพชีวินวิทยา และการศึกษาความสัมพันธ์เชิงวิวัฒนาการโดยใช้ข้อมูลลำดับดีเอ็นเอ นอกจากนี้ เขายังเสนอแนวคิดของตัวเองเกี่ยวกับปริศนาอันน่าทึ่งนี้

หนังสือเล่มนี้เป็นภาคต่อของ Gee ในปี 1996 Before the Backbone ซึ่งเป็นหนึ่งในเหตุผลที่ฉันตัดสินใจทำการวิจัยเกี่ยวกับต้นกำเนิดของคอร์ด (กลุ่มรวมถึงสัตว์มีกระดูกสันหลัง หมวกแก๊ปที่มีลักษณะคล้ายปลา และสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังในทะเลที่เรียกว่าทูนิเคต) ในขณะนั้น ระเบียบวินัยนั้นน่ากลัว เกี่ยวข้องกับเอกสารที่อ่านไม่ได้และสมมติฐานที่ขัดแย้งกันมากมายจนเวียนหัว Gee ฝึกฝนและสังเคราะห์วรรณกรรมเพื่ออธิบายประวัติศาสตร์และตรรกะของสมมติฐานที่สำคัญที่สุด เช่น ทฤษฎีเกี่ยวกับหูชั้นในของ Walter Garstang ในปี 1894 (สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าแผนผังร่างกายของคอร์ดนั้นวิวัฒนาการมาจากการเปลี่ยนแปลงที่ตัวอ่อน แทนที่จะเป็นตัวเต็มวัย) ก่อนที่ Backbone จะเป็นแรงบันดาลใจให้สามเณรเช่นฉันให้ตื่นเต้นกับความท้าทายในต้นกำเนิดของสัตว์มีกระดูกสันหลัง

ปลาแฮกฟิชดึงขึ้นจากฟองน้ำ (ภาพถ่ายใต้น้ำ)

Hagfish ถูกละเลยในการศึกษาสัตว์มีกระดูกสันหลัง เครดิต: NOAA Okeanos Explorer Program

บทสรุปใหม่ที่สำคัญของภาคสนามได้รับการรับรองเพียงสองทศวรรษหรือไม่? ในความคิดของฉัน ใช่ (ท่ามกลางคนอื่นๆ ในสาขานี้ ฉันได้สนับสนุนให้ Gee เขียนหนังสือเล่มนี้ และเขาขอบคุณฉันที่ทำแบบนั้นในคำนำ) มีความก้าวหน้าอย่างมีนัยสำคัญในสาขาวิชาต่างๆ ในด้านการวิจัยเกี่ยวกับกลุ่มสัตว์ที่สำคัญแต่ถูกละเลยก่อนหน้านี้ในตำแหน่งที่สำคัญใน ต้นไม้วิวัฒนาการ นอกจากปลาทูนิเคทและมีดหอกแล้ว ยังรวมถึงแฮกฟิช ปลาแลมป์เพรย์ และหนอนทะเลที่เรียกว่าเฮมิคอร์ด การตีพิมพ์จีโนมของสอง hemichordates – หนอนโอ๊ก Saccoglossus kowalevskii และ Ptychodera flava (O. Simakov et al. Nature 527, 459–465; 2015) – ปัดเศษของจีโนมที่เป็นตัวแทนของกลุ่มสัตว์หลักเกือบทั้งหมดที่มีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับสัตว์มีกระดูกสันหลัง ต้นกำเนิด นั่นเป็นเส้นแบ่งภายใต้การวิจัยที่มีประสิทธิผลเป็นเวลา 20 ปี

ปัญหาบางอย่างที่เคยหยุดชะงัก เช่น ความไม่แน่นอนเกี่ยวกับกลุ่มที่อยู่ในสายเลือดของสัตว์ดิวเทอรอสโตมควบคู่ไปกับคอร์ดเดต ส่วนใหญ่ได้รับการแก้ไขแล้ว สายพันธุ์อื่นๆ นั้นรักษายากเหมือนเช่นเคย รวมถึงตำแหน่งที่จะวางกลุ่มฟอสซิลสำคัญๆ เช่น vetulicolians ที่อยากรู้อยากเห็น ซึ่งอาศัยอยู่ในช่วงยุค Cambrian ประมาณ 541 ล้านถึง 485 ล้านปีก่อน อย่างไรก็ตาม Gee พัฒนาสถานการณ์วิวัฒนาการของตัวเองได้อย่างมีประสิทธิภาพ เขาติดตามต้นกำเนิดของสัตว์มีกระดูกสันหลังจากบรรพบุรุษร่วมกันของคอร์ดเดต อีไคโนเดิร์ม (ซึ่งรวมถึงปลาดาวและเม่นทะเล) และเฮมิคอร์ดที่อยู่ลึกลงไปในประวัติศาสตร์สัตว์ เพื่อสร้างจุดเริ่มต้นที่นวัตกรรมของคอร์ดแรกเกิดขึ้น เมื่อร่างภาพนั้นแล้ว เขาติดตามวิวัฒนาการของลักษณะเฉพาะของสัตว์มีกระดูกสันหลังโดยการขุดการศึกษาใหม่มากมายจากกลุ่มคอร์ดที่ถูกทอดทิ้ง ตั้งแต่ lancelets และ tunicates ไปจนถึง hagfish และ lampreys เหตุผลที่มีการโต้แย้งกันเป็นอย่างดีของเขามาจากข้อมูลกายวิภาคศาสตร์ บรรพชีวินวิทยา และข้อมูลทางอณูพันธุศาสตร์

หนังสือเล่มนี้ไม่ใช่การแก้ไขของ Before the Backbone แต่เป้าหมายอย่างหนึ่งของมันคือการตรวจสอบว่าสมมติฐานคลาสสิกที่ทรงอิทธิพลที่สุดมีผลอย่างไรในแง่ของข้อมูลใหม่ ซึ่งเป็นหนึ่งในมุมมองที่ไม่เหมือนใครของ Gee เขาเริ่มต้นด้วยการตรวจแบบกลุ่มต่อกลุ่ม ตั้งแต่เอไคโนเดิร์มไปจนถึงแฮกฟิช และอีกสองสามชนิดที่ไม่ใช่ดิวเทอโรสโตม ในส่วนที่มีประสิทธิภาพสูงสุด เขาแยกสัตว์มีกระดูกสันหลังออกเป็นส่วนๆ เช่น เส้นประสาท โนโทคอร์ด (บรรพบุรุษของกระดูกสันหลัง) และยอดประสาท (กลุ่มของเซลล์ตัวอ่อน) เขายังเจาะลึกเข้าไปในลำไส้และอวัยวะภายในที่ถูกละเลยส่วนใหญ่

Gee อภิปรายว่าข้อมูลจากสิ่งมีชีวิตและซากดึกดำบรรพ์ของเฮมิคอร์ดและเอไคโนเดิร์มช่วยอำนวยความสะดวกในการค้นหาต้นกำเนิดของโครงสร้างคอร์ดที่กำหนดได้อย่างไร เขาเน้นว่าข้อมูลบรรพชีวินวิทยา พัฒนาการ และจีโนมในปัจจุบันสนับสนุนแนวคิดที่ว่าบรรพบุรุษร่วมกันของคอร์ด เฮมิคอร์ด และอีไคโนเดิร์มมีร่องเหงือกของคอหอยสำหรับการป้อนตัวกรอง นั่นทำให้เราได้เห็นบรรพบุรุษของคอร์ดแรกซึ่งมีชีวิตอยู่เมื่อประมาณ 600 ล้านปีก่อน ลักษณะอื่นๆ เช่น สมองที่ซับซ้อน อาจเกิดขึ้นในภายหลัง หลังจากสร้างภาพที่ไม่ชัดเจนของคอร์ดแรกสุด Gee มุ่งเน้นไปที่การสร้างสัตว์มีกระดูกสันหลังและลักษณะเฉพาะของพวกมันจากแผนผังร่างกายของคอร์ดแบบพื้นฐาน ตัวอย่างเช่น ผ่านนวัตกรรมที่น่าทึ่งในส่วนหัวของสัตว์มีกระดูกสันหลัง

Gee พิจารณาวิวัฒนาการของแต่ละลักษณะอย่างอิสระและเป็นส่วนหนึ่งของแผนร่างกายของสัตว์มีกระดูกสันหลัง เขารวมถึง