器官的起源和演化一直是生命科学领域最为基础而又充满挑战的科学问题之一。2月15日，记者从西北工业大学获悉，该校翱翔战略团队生态环境学院王堃、邱强和王文教授团队研究发现，肺脏的形成遵循了一套“遗传控制系统”。这项在动物生态学领域的最新原创研究成果于14日发表在《自然·生态与进化》期刊上。

　　研究团队此前的研究显示，肺与鱼鳔同源，至少在硬骨鱼祖先中初现雏形，并早于泥盆纪早期脊椎动物登陆事件。另一方面，一些化石记录、发育模式和分子数据则暗示，肺可能起源于软骨鱼与硬骨鱼的共同祖先，但其具体起源节点仍未明确。

　　为了解开肺脏进化之谜，团队在对多种动物的肺组织进行研究的基础上发现，肺脏主要通过遗传控制系统重组基因调控网络而实现演化。

　　“就好比一本详细的操作手册，指导细胞如何协同工作：遗传控制系统指挥着细胞如何排列成复杂的血管分支，同时让肺部上皮细胞（构成肺壁的细胞）发挥专门功能，从而打造出一个高效的气血交换平台。”王堃表示。

　　有趣的是，虽然软骨鱼（例如鲨鱼和鳐鱼）体内也具备构建肺脏所需的基础基因，但它们并没有真正发展出肺脏。原因在于，这些基因在软骨鱼体内已经被用到了其他任务上。王堃举例说，“本来在肺中用于降低表面张力、帮助呼吸的表面活性蛋白基因，在软骨鱼中却主要负责免疫系统调控。”

　　进一步的研究显示，真正促成肺脏形成的关键在于硬骨鱼祖先独特的基因调控网络。王堃提出，这一点的证据来自对肺部特异性调控元件的详细分析：在硬骨鱼祖先中，有1040个专门调控肺脏发育的DNA序列，而在后来失去了肺脏功能的生物（如某些蝾螈）中，这些序列大多消失了，相比之下，较早期的调控元件则相对保持不变。

　　这一发现不仅解释了为什么拥有相关基因的软骨鱼却没有演化出真正的肺脏，也与最新的化石研究结果互为佐证，为关于脊椎动物呼吸系统起源于硬骨鱼祖先提供了一份新的、充满说服力的证据。

　　研究团队表示，在后续的演化过程中，哺乳动物通过获得新的基因，发展出了更精密的肺泡结构，提高了气体交换效率。这些发现为人们理解脊椎动物在漫长进化历程中如何适应环境提供了新视角，也为未来生物医学与进化生物学领域的研究奠定了坚实的理论基础。