节肢动物进化的新地图，从化石到胚胎

耶路撒冷希伯来大学Alexander Silberman生命科学研究所的Ariel Chipman教授的一项新研究为理解节肢动物身体计划的发展和进化提供了一个新的模型，特别是它们被称为tagmata的分段身体部位的排列

节肢动物，包括昆虫、甲壳类动物、蜘蛛和蜈蚣，代表了地球上最多样化的动物门。每一类节肢动物都由塔格玛塔的独特排列来定义：例如，昆虫有头、胸和腹部，而蜘蛛有头胸和腹部。尽管这些身体计划得到了广泛认可，但它们是如何进化的长期以来一直是个谜

Chipman教授的研究发表在《英国皇家学会学报B》上，提出了一种新的发育模型，将这些身体结构的进化起源追溯到胚胎发育过程中发生的不同过程

该研究利用比较发育生物学、经典胚胎学研究和节肢动物化石记录的数据，确定了三个祖先发育区，所有节肢动物塔玛塔都来自这些发育区。这些包括一个独特的前段组、在预先存在的发育区域内形成的身体中部区域，以及从专门的生长区顺序生成的后部区域

尽管形状和大小不同，但所有昆虫的特征都是身体组织包括三个单位：头部、胸部和腹部（图a-B）。相比之下，所有蜘蛛（和其他蛛形纲动物）的身体都由两个部分组成：头胸和腹部（图C-D）。图片来源：Leah Khananashvili尽管形状和大小不同，但所有昆虫的身体组织都有三个单位：头部、胸部和腹部（图a-B）。相比之下，所有蜘蛛（和其他蛛形纲动物）的身体都由两个部分组成：头胸和腹部（图C-D）。图片来源：Leah Khananashvili尽管形状和大小不同，但所有昆虫的身体组织都有三个单位：头部、胸部和腹部（图a-B）。相比之下，所有蜘蛛（和其他蛛形纲动物）的身体都由两个部分组成：头胸和腹部（图C-D）。Image caption：Leah Khananashvili

这一模型不仅挑战了短胚和长胚发育之间的传统区别——这些术语指的是胚胎生命早期定义的片段数量——而且重新定义了众所周知的遗传调节因子（如Hox基因）在定义片段和tagma身份中的作用

通过将发育机制与节肢动物的化石历史联系起来，该研究为节肢动物形式的巨大多样性提供了全面的解释。它为理解节肢动物复杂多样的身体计划是如何在进化过程中产生的提供了一个清晰、统一的框架

Chipman教授强调，“这些见解为研究开辟了新的问题和方向，特别是在确定跨物种塔格玛形成的遗传和分子驱动因素方面。”

这项研究是Chipman教授实验室十多年来关于不同节肢动物发育模式的工作的成果。它代表了许多数据点的综合，这些数据点聚集在一起，形成了一幅广阔的图景。这项研究还强调了跨学科方法的重要性——将发育生物学、古生物学和进化理论联系起来——以揭示塑造生命中最多样化的动物群体的深层模式 More information: Ariel D. Chipman, The development and evolution of arthropod tagmata, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2025). DOI: 10.1098/rspb.2024.2950

Journal information: Proceedings of the Royal Society B