解開肺臟進化之謎，近日西工大翱翔戰略團隊生態環境學院王堃、邱強和王文教授團隊在動物生態學領域研究取得新進展：團隊關于脊椎動物兩個重要器官——肺臟和肝臟起源演化取得重要研究成果，從基因和分子水平揭示了這些復雜器官是如何在演化過程中逐步形成的。

器官的起源和演化一直是生命科學領域最為基礎而又充滿挑戰的科學問題之一。為解開肺臟進化之謎，西工大團隊對多種動物的肺組織進行了廣泛而細致的研究。

研究發現，肺臟的形成其實遵循了一套“遺傳控制系統”，就好比一本詳細的操作手冊，指導細胞如何協同工作：這套系統指揮著細胞如何排列成復雜的血管分支，同時讓肺部上皮細胞（構成肺壁的細胞）發揮專門功能，從而打造出一個高效的氣血交換平臺。有趣的是，雖然軟骨魚（例如鯊魚和鰩魚）體內也具備構建肺臟所需的基礎基因，但它們并沒有真正發展出肺臟。原因在于，這些基因在軟骨魚體內已經被用到了其他任務上。例如，本來在肺中用于降低表面張力、幫助呼吸的表面活性蛋白基因，在軟骨魚中卻主要負責免疫系統調控。

進一步的研究顯示，真正促成肺臟形成的關鍵在于硬骨魚祖先獨特的基因調控網絡。這一點的證據來自對肺部特異性調控元件的詳細分析：在硬骨魚祖先中，有1040個專門調控肺臟發育的DNA序列，而在后來失去了肺臟功能的生物（如某些蠑螈）中，這些序列大多消失了，相比之下，較早期的調控元件則相對保持不變。這一發現不僅解釋了為什么擁有相關基因的軟骨魚卻沒有演化出真正的肺臟，也與最新的化石研究結果互為佐證，提供了關于脊椎動物呼吸系統起源于硬骨魚祖先的一份新的、充滿說服力的證據。

在后續的演化過程中，哺乳動物通過獲得新的基因，發展出了更精密的肺泡結構，提高了氣體交換效率。

研究團隊還關注了標志著脊椎動物成為頂級捕食者的器官：肝臟。通過詳細分析，研究團隊發現，文昌魚的肝盲囊和脊椎動物的肝臟在細胞組成和基因表達上有驚人的相似性。這表明，它們實際上來自相同的進化起源，可以視為同源器官。進一步的研究顯示，脊椎動物進化過程中經歷了兩次全基因組加倍（2R-WGD），這種基因“加倍”的現象大大促進了肝臟功能的復雜化。

“舉個例子，這次基因加倍促成了僅在脊椎動物中出現的一類特殊細胞——肝竇內皮細胞。它們構成了一個低阻力、高滲透性的血管網絡，不僅提高了體內養分與廢物的交換效率，同時在解毒、免疫防御和組織再生中也扮演著關鍵角色。”團隊工作人員介紹。而基因敲除實驗顯示，這些由基因加倍產生的基因通過分工協作，對肝竇內皮細胞的發育起到了精細調控的作用，從而幫助構建了肝臟復雜的三維結構及出色的再生能力。

此外，新基因的出現貫穿了肝臟核心功能系統的進化歷程。這些發現共同揭示了新基因在器官進化中發揮了雙重作用：它們既能作為生化反應的核心成分直接參與功能實現，也能作為調控節點，重塑細胞之間的網絡，推動器官功能的不斷復雜化和優化。

此次西工大研究成果為人們理解脊椎動物在漫長進化歷程中如何適應環境提供了新的視角，也為未來生物醫學與進化生物學領域的研究奠定了堅實的理論基礎。