马萨诸塞大学阿默斯特分校生物学家确定了细胞中的环境感知机制

　　马萨诸塞州阿默斯特大学的进化和发育生物学家克雷格·艾伯森及其同事报告说，他们已经确定了一种分子机制，这种机制允许生物体根据所处的环境改变其外观，这一过程被称为表型可塑性。

　　除了首席研究员艾伯森和罗尔夫·卡尔斯特罗姆之外，该团队还包括最近毕业的博士生迪娜·纳文和艾拉·马莱，现任博士生艾米丽·特洛特和本科生本杰明·阿伦森。他们的论文发表在《美国国家科学院院刊》上。

　　艾伯森解释说，这个项目源于更好地理解基因和环境如何相互作用来指导解剖形状的愿望。“我们知道我们的特征是由基因决定的，但我们也知道许多身体特征也是由环境塑造的。例如，在同卵双胞胎中，如果一个成为长跑运动员，另一个成为健美运动员，他们最终会有非常不同的体格。骨骼对这种环境输入尤其敏感。”

　　艾伯森研究的是一个系统——慈鲷鱼——在科学界被称为表型可塑性的冠军，它可以在一个季节改变颌骨的硬度或形状，以适应喂养条件。它们也以快速进化和颌骨形状的多样性而闻名，这使得慈鲷能够适应许多不同的食物来源，包括藻类、浮游生物、鱼类、蜗牛甚至其他鱼类的鳞片。

　　艾伯森在过去二十年的大部分时间里都在试图揭示不同物种之间下颌形状差异背后的基因差异。现在，他和他的同事们确定了被称为刺猬(Hh)信号通路的化学/分子系统是一个重要的参与者。最近，他探索了同样的途径是否也可能通过表型可塑性导致物种内颌骨形状的差异。

　　随着艾伯森对这种分子途径的工作原理了解的越来越多，一条重要的线索出现了。

　　在目前的研究中，研究小组首次表明，在被迫使用不同觅食模式的慈鲷中，骨沉积速率的可塑性与不同的Hh水平有关。在骨头较多的环境中，在鱼身上检测到更高水平的信号，反之亦然。为了真正解决这个问题，艾伯森与卡尔斯特罗姆合作，卡尔斯特罗姆之前开发了复杂的工具来研究斑马鱼的Hh信号。

　　他解释说:“罗尔夫有一堆非常灵巧的转基因系统，可以实时操纵分子信号。这有点像你音响上的音量旋钮——你可以把它调高或调低，然后看看它是如何影响你的兴趣特征的。”在这种情况下，他们想看看Hh水平是否影响骨沉积率的可塑性。

　　他们发现，未经操纵的斑马鱼在不同的觅食环境中沉积了不同数量的骨头。当Hh水平降低时，这些差异消失，但当Hh水平升高时，骨沉积率的差异急剧增加。

　　艾伯森解释说:“这些鱼的骨细胞天生对不同的机械环境敏感。但是我们可以用一个分子开关来操作这个系统——你调高Hh信号，细胞就会对环境更敏感，或者你调低分子传感器，细胞就会对环境几乎充耳不闻。”

　　艾伯森解释说:“同样的分子机制是颌骨进化分化和可塑性的基础，这一点值得注意。”“这与长期以来的理论一致，即短期可塑性可能会影响长期进化的方向，这就解释了为什么在反复进化到相似栖息地的谱系中，进化是可以预测的。”艾伯森补充说:“Hh信号也被证明可以调节甲虫角的可塑性，所以可能有一些特殊的东西使它成为跨组织和动物的环境传感器。”

　　作者补充说，这些有趣的问题将是未来研究的主题。