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说起鳃，我们都知道它是鱼能够在水下呼吸的关键器官。但你或许没有意识到，除了作为气体交换的呼吸器官，鳃还起到了类似肾脏的作用，负责调节体内外的离子与酸碱平衡。

传统的观点认为，这个被称为“离子调节”的功能是与呼吸能力共同演化而来的。但在本周的《自然》杂志上，一项新研究更新了这一认知，重新书写了鳃的演化故事。

100多年来，鳃的演化谜题吸引了无数生物学家，甚至包括达尔文。之前的研究猜想，鳃的离子调节和呼吸功能都是在原始脊椎动物诞生时出现的。这两项功能都是由皮肤转移至鳃，这样的转变促使体型更大、更活跃的脊椎动物出现。

而在最新研究中，来自加拿大不列颠哥伦比亚大学的研究团队分析了3种代表性的现生动物：脊椎动物七鳃鳗、头索动物文昌鱼，以及更加原始的半索动物囊舌虫——这些蠕虫也是脊椎动物的近亲祖先。研究者猜想，这些动物共有的鳃的功能，都遗传自它们的共同祖先——其共同祖先出现在超过5亿年前，拥有功能简单的鳃。

▲研究分析的3种代表性动物（图片来源：Michael Sackville, University of British Columbia）

研究结果却有些意外，鳃的离子调节与呼吸功能展现出了不同的演化路径。其中，呼吸功能如此前预期的一样，是在原始脊椎动物中演化而来的。在3种实验动物中，只有七鳃鳗的鳃是气体交换的主要场所。

然而，离子调节功能的演化方式就不一样了。这3种动物的鳃都表现出离子调节的特征。其中，文昌鱼和囊舌虫鳃部的离子调节分子标记，都比皮肤的分子标记更高。这些结果意味着，鳃的离子调节功能的出现时间远早于呼吸功能。

“我们的研究表明，在演化初期，那些蠕虫状祖先体内简单的鳃已经起到了离子调节的关键作用。鳃在最早出现时，或许就已经扮演着这样的角色，”这项研究的领导者Michael Sackville教授说，“这项研究颠覆了我们对鳃功能演化的理解。”

▲这项研究改写了鳃的离子调节功能的诞生历史（图片来源：Rashpal Dhillon, Rush Studio）

“我们发现，鳃的呼吸功能只是出现在体型更大、更活跃的脊椎动物中，”论文的另一位作者Colin Brauner教授说，“但在我们研究的3个物种中，都发现了鳃的离子调节细胞。这使得我们可以追踪鳃的离子调节功能的来源，回溯至早期后口动物，这时非常简单的鳃结构刚刚演化出来。”

由此，这项研究支持了在原始脊椎动物中，鳃开始用于呼吸的观点。与此同时，最新研究也首次揭示了离子调节功能更古老的起源，为这一百年谜题写下崭新的答案。

参考资料：

[1] Sackville, M.A., Cameron, C.B., Gillis, J.A. et al. Ion regulation at gills precedes gas exchange and the origin of vertebrates. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05331-7

[2] New research rewrites the evolutionary story of gills. Retrieved October 19th, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/968365

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