節(jié)肢動(dòng)物是地球上最成功的動(dòng)物之一。它們大量棲息在海(馬蹄蟹)，天空(果蠅)和地球(蝎子)中，并由它們的外骨骼外部和分段的腿和身體來(lái)定義。

這些適應(yīng)性強(qiáng)的模塊化部件可能有助于解釋為什么這些動(dòng)物非常適合生活在地球的每個(gè)角落。它們的關(guān)節(jié)腿和分隔體也有助于提供它們?nèi)绾芜M(jìn)化的線索。

在2008年3月26日發(fā)表于美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊的一項(xiàng)新研究中，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員Emily Setton和Prashant Sharma表明，普通家蜘蛛及其蜘蛛的親屬已經(jīng)免除了參與創(chuàng)建分段頭的基因。而是回收腿基因來(lái)完成任務(wù)。

“我們研究蜘蛛，蝎子和其他人，以幫助建立更完整的進(jìn)化故事，并觀察復(fù)雜的節(jié)肢動(dòng)物世界正在發(fā)生的事情，”Setton說(shuō)，她是一名人類學(xué)和生物學(xué)專業(yè)的本科生，當(dāng)時(shí)她完成了一項(xiàng)工作。只有兩位研究作者。“這個(gè)世界是一個(gè)充滿驚人多樣性的偉大，偉大的地方。我們想知道，這是怎么發(fā)生的?你如何建造一種動(dòng)物?”

綜合生物學(xué)教授夏爾馬于2015年從美國(guó)自然歷史博物館來(lái)到威斯康星大學(xué)麥迪遜分校，并帶來(lái)了對(duì)地球上一些最令人毛骨悚然，最可爬行的物種的研究，如來(lái)自亞利桑那州的毒蝎，來(lái)自科羅拉多州的狼蛛和巨大的，來(lái)自南極洲的盲海蜘蛛。

“我們與非常困難的動(dòng)物一起學(xué)習(xí)，”他說(shuō)。“實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)重要問(wèn)題是多樣性是如何在遺傳上和進(jìn)化上建立的?古代譜系如何相關(guān)，以及它們之間差異的遺傳機(jī)制是什么?”

例如，同樣的附屬物 - 以及相同的遺傳密碼序列 - 如何使龍蝦的爪子也成為蛾的口器，螳螂的猛禽前腿和扁蟲(chóng)的眼睛?

在這項(xiàng)研究中，Setton和Sharma表明，一對(duì)基因，即Sp6-9和Dll，通常參與告知發(fā)育中的昆蟲(chóng)或蜘蛛胚胎在哪里生長(zhǎng)腿，已被一組蜘蛛吸收，也有助于告訴胚胎在哪里建立頭部。這些相同的蛛形綱動(dòng)物缺少另一種叫做Sp5的基因，它通常會(huì)導(dǎo)致其他節(jié)肢動(dòng)物(如果蠅)的頭部分割。

“這是故事情節(jié)的曲折，”夏爾馬說(shuō)，因?yàn)樗屜袼@樣的科學(xué)家能夠追蹤這群動(dòng)物的進(jìn)化和遺傳歷史，并通過(guò)它們失去特定基因而聯(lián)合起來(lái)。

“這是一種非常類似蜘蛛的損失，”Setton補(bǔ)充說(shuō)，他計(jì)劃在秋季進(jìn)入博士課程。

這是一種獨(dú)創(chuàng)性，努力工作和一點(diǎn)運(yùn)氣，這使她和夏爾馬首先成為故事。

夏爾馬對(duì)蜘蛛紡絲器官的發(fā)展感興趣。他和Setton正在探索決定其形成的基因，探索它們是否像其他回收部件一樣，修飾腿部。這導(dǎo)致Setton研究了參與模擬蜘蛛腿發(fā)育的各種基因。出乎意料的是，當(dāng)她消除節(jié)肢動(dòng)物胚胎中的腿部發(fā)育基因時(shí)，她也發(fā)現(xiàn)它們的頭部消失了。

在生物學(xué)中有一種說(shuō)法，即大自然是簡(jiǎn)約的，或者正如Setton解釋的那樣，“進(jìn)化不想重新發(fā)明輪子。”

對(duì)于給定的基因來(lái)說(shuō)，從物種到物種決定各種功能是相對(duì)常見(jiàn)的，例如編碼爬行動(dòng)物頜骨的基因以及人類的耳骨。

蜘蛛，蝎子和其他兩種動(dòng)物Setton和Sharma經(jīng)過(guò)測(cè)試似乎已經(jīng)用Sp6-9和Dll完成了這項(xiàng)工作。

Setton還發(fā)現(xiàn)了一種叫做箭頭的基因，當(dāng)它被破壞時(shí)引發(fā)了一系列細(xì)胞信號(hào)事件，這首次表明在昆蟲(chóng)和蛛形綱動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了分割和腿部發(fā)育基因之間的重要關(guān)系。

她的工作證明既具有挑戰(zhàn)性又具有個(gè)人成就感。

“我喜歡我每天都能進(jìn)來(lái)并且好奇，”12月畢業(yè)的Setton說(shuō)。

她也不害怕蜘蛛。事實(shí)上，與Sharma合作的一個(gè)亮點(diǎn)是在現(xiàn)場(chǎng)外出收集研究課題。他的實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員計(jì)劃今年夏天在以色列收集盲洞穴蜘蛛，去年8月，一名研究生和他一起去了澳大利亞。

“你去動(dòng)物的地方，”他說(shuō)。

對(duì)于研究中的蜘蛛，它們幫助生物學(xué)家追蹤地球上最多產(chǎn)的一組動(dòng)物的進(jìn)化歷史，這意味著你的廚房窗戶。