哺乳動物與4億年前的魚共享控制心臟的機制
根據(jù)一項新的研究,原始的空氣呼吸魚,其直接祖先最早出現(xiàn)在4億年前,顯示出控制心臟的機制,這種機制以前被認為只在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)。
哺乳動物呼吸時心率增加,呼氣時心率減少 - 稱為呼吸性竇性心律失常(RSA)的心肺呼吸過程。許多科學家認為這個過程及其潛在的控制機制只是哺乳動物,但目前的研究質(zhì)疑這一假設。
英國和巴西的科學家研究了南美洲的肺魚Lepidosiren paradoxa,發(fā)現(xiàn)在呼吸過程中使這種原始脊椎動物控制血流的系統(tǒng)與哺乳動物中發(fā)現(xiàn)的相似。
龍魚是一群古老的葉鰭魚類(Dipnoi類)的成員,具有源于大??約4億年前的泥盆紀時期的連續(xù)化石記錄。這是第一批脊椎動物爬上陸地以產(chǎn)生兩棲動物和成千上萬的爬行動物,鳥類和哺乳動物的時代。
肺魚具有原肺和原生四肢,是呼吸空氣脊椎動物進化過程中最早的階段。它們棲息在熱帶淡水池和緩慢流動的河流中,這些河流通常含有非常低水平的溶解氧,并且在干燥季節(jié)可能會消失。
肺魚與陸地脊椎動物具有周期性呼吸模式,定期上升到水面,以使其肺部呼吸器官通風,并且在干旱期間完全依賴這些肺來吸收氧氣。
由伯明翰大學和圣保羅聯(lián)邦大學(UFSCar)的專家在圣保羅領導,國際團隊在科學進展中發(fā)表了他們的研究成果。
來自伯明翰大學的泰德泰勒教授說:“當肺魚在水面上吞下空氣時,它們的心率會立即增加 - 這表明血液會轉移到生物的肺部。
“這是可能的,因為動物有一個不分開的心臟,使得轉移到肺部的血液比例變化;與哺乳動物不同,因為我們有一個完全分開的心臟,每次心跳時,等量的血液分別泵入肺部和身體。
“我們的研究在肺魚中建立了明確的功能,即在每次空氣呼吸期間最大限度地吸收氧氣,從而增加心率,這在哺乳動物中尚未明確證實RSA。這表明它可能是它們與古代兩棲祖先相關的遺跡。 “
泰勒教授補充說:“肺魚有一個相對復雜的控制系統(tǒng),可以產(chǎn)生這些呼吸相關的心率變化,具有預測哺乳動物所描述的特性。
“我們發(fā)現(xiàn),這些神經(jīng)細胞包括多個神經(jīng)細胞位置,這些神經(jīng)細胞通過絕緣纖維支配心臟神經(jīng)細胞,導致快速沖動,對每次呼吸都會產(chǎn)生瞬間心臟反應。”
這個例子描述了一條魚,它具有控制心率變化的高度進化系統(tǒng)的古老譜系,這表明它的進化必然與原始脊椎動物肺部的空氣呼吸的出現(xiàn)有關,而不是后來出現(xiàn)的哺乳動物。
這種理解質(zhì)疑了一些生物醫(yī)學生理學家和許多心理生物學家對哺乳動物的首要地位的假設,證明了早期的“原始”機制并不一定簡單。
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