研究人员发现了一种有趣的机制，解释了鸸鹋翅膀骨骼的缩小和不规则性。鸸鹋的翅膀不仅显著缩短，而且它们的骨骼成分也表现出不对称的融合，这源于翅膀远端区域缺乏肌肉发育。
研究人员发现了一种有趣的机制，解释了鸸鹋翅膀骨骼的缩小和不规则性。鸸鹋的翅膀不仅显著缩短，而且它们的骨骼成分也表现出不对称的融合，这源于翅膀远端区域缺乏肌肉发育。在它们的生长过程中，肌肉的缺失导致机械压力不足，而机械压力对于正常的骨骼发育至关重要。研究团队发现肌肉祖细胞具有独特的双重身份，融合了由体节[1]衍生的肌原性和侧板中胚层[2]细胞的特征。这些细胞在肌肉形成过程中经历细胞死亡，妨碍了远端肌肉的发展。研究指出，胚胎和胎儿运动的变化可能会显著影响形态演变，为形成骨骼结构的复杂发育过程提供了见解。
来自东京科学研究所生命科学与技术学院的田中美纪子教授及其同事，包括前东京工业大学研究生坪井恵理子和英格丽德·罗森堡·科尔德罗，以及现任研究生小野洸美，与来自国立基础生物研究所的重信周司教授、熊本大学的盛国军教授，以及慈恵医科大学的冈部正高教授合作，揭示了鸸鹋翅膀骨骼缩小和不对称的背后新机制。他们的研究发现，远端翅膀缺乏肌肉发育导致生长期间缺乏机械压力，造成观察到的骨骼畸形。此外，研究揭示了具有双重特性的肌肉祖细胞，在肌肉纤维分化过程中经历细胞死亡，阻碍了适当肌肉的形成。这项研究表明，胚胎和胎儿运动的差异可能在进化过程中对形状特征的影响至关重要。这些结果将于2024年9月19日发布在自然通信期刊上。
背景
鸸鹋是一种不能飞的鸟，其翅膀显著缩小。尽管其尺寸减小，但导致这些变化的具体机制仍然相对不清楚。在这项研究中，研究小组表明，鸸鹋翅膀的骨骼缩小不仅涉及缩短的骨头，还有不对称的骨融合。他们发现，这些骨骼异常源于远端翅膀区域缺乏肌肉发育，导致生长期间运动不足——这种运动对于塑造胚胎和胎儿骨骼是必要的。此外，他们发现鸸鹋翅膀中存在结合了体节来源的祖细胞和侧板中胚层细胞特征的肌肉祖细胞。这些细胞在转变为肌肉纤维的过程中经历死亡，导致肌肉形成不足。总体而言，研究结果表明，胚胎和胎儿运动的差异可能对身体结构的演变产生显著影响。
研究发现
研究团队证实，鸸鹋翅膀骨骼不仅更短，而且在不同个体之间甚至同一只鸟的左右翅膀之间表现出显著的形状和长度变异。这种独特的骨骼模式与其翅膀远端区域缺乏肌肉发育有关，导致骨骼发育期间机械压力不足。此外，研究强调，具有双重身份的肌肉祖细胞的存在——融合了体节来源和侧板中胚层细胞的特征——导致在肌肉纤维形成过程中的细胞死亡。这种肌肉发育的中断最终导致了运动障碍和随后的骨骼畸形。
社会影响
这项研究强调了胚胎和胎儿运动在延长骨骼元素及确保骨骼的对称性形成方面所起的重要作用。研究结果揭示了在肌肉形成问题（比如鸸鹋所经历的）背景下，胚胎运动不足可能对骨骼演化的重大影响。研究表明，影响胚胎和胎儿运动的环境因素可能对形态演变和多样性具有广泛的意义。
未来方向
这项研究强调了胚胎和胎儿运动对骨骼结构演化的深远影响。该团队计划探索这些运动的变化如何影响不同脊椎动物物种的骨骼演化。这项开创性研究为理解环境因素如何通过影响胚胎和胎儿运动来塑造进化形态学开辟了新路径。
资金支持
这项研究得到了JSPS KAKENHI资助编号JP20H03301、JP17KT0106、MEXT KEKNHI JP18H04818、NIBB协作研究项目（21-357）及包括阿斯特拉制药代谢疾病研究基金会、三菱基金会和山田科学基金会在内的多个基金的支持。
术语
- 体节：发育中脊椎动物胚胎中的块状结构，细胞从中演变为肌肉、骨骼和皮肤真皮。肢体肌肉通常来源于这些体节。
- 侧板中胚层：位于胚胎外侧的中胚层一部分，负责肢芽、体壁、心脏和血管的发育。
