Nature：新研究改写了鳃的进化故事

根据英属哥伦比亚大学动物学家的一项令人惊讶的新研究，在进化到帮助脊椎动物在水下呼吸之前，鳃在调节血液中的盐分和pH值平衡方面起着早期和同样重要的作用。

鱼鳃最著名的功能是帮助大多数鱼类在水下呼吸。但鲜为人知的是，鱼鳃调节着鱼类血液中的盐分和pH值平衡，而其他动物的肾脏则扮演着至关重要的角色。这种较少为人所知的鳃功能被统称为离子调节，传统上被认为是与呼吸同步进化的。

但令人惊讶的新研究为鳃的进化故事增添了新的早期篇章。

“我们的研究表明，早期简化的鳃在离子调节中发挥了重要作用。而这种作用可能早在鳃出现的时候就开始了，远在它们在呼吸中起任何作用之前，”在英属哥伦比亚大学(UBC)领导这项研究的动物学家迈克尔·萨克维尔博士说。“这确实颠覆了我们对鳃和鳃功能进化方式的理解。”

腮和肺的进化已经吸引了包括达尔文在内的生物学家100多年。在这项研究之前，人们认为鳃是在脊椎动物生命最开始的时候第一次用于呼吸和离子调节。在这个传统的时间轴上，这两种功能从皮肤串联到鳃，帮助脊椎动物从小型蠕虫样的生物过渡到更大、更活跃的鱼类。这种从“小而虫”到“大而鱼”的转变是脊椎动物进化的标志性事件。

这项研究通过比较三种属于不同谱系的现存动物来追踪鳃的进化历程:七鳃鳗是脊椎动物，文昌鱼和橡子蠕虫是脊椎动物的近亲。研究人员认为，这些动物之间共享的任何鳃功能都是从一个共同的祖先那里继承来的，这被认为是在5亿多年前简单鳃首次出现时。

“我们发现，只有在脊椎动物中，鳃才被用来呼吸，而且只有在身体越来越大、活动越来越频繁的情况下，”英属哥伦比亚大学的动物学家、论文的资深作者科林·布劳内博士说。“但我们在这三只动物的鳃中都发现了离子调节细胞。这使得我们可以将鳃中离子调节的起源一直追溯到早期后口动物，当时非常简单的鳃结构被认为是第一次进化。这一发现支持了腮最初用于早期脊椎动物呼吸的经典故事，但也为这个故事增加了一个令人兴奋的新的早期章节，显然值得进一步研究。”

Ion regulation at gills precedes gas exchange and the origin of vertebrates