人类和类人猿尾巴缺失进化的遗传学基础
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困扰着小编的两个的问题：一 为什么所有其他动物都有尾巴，无聊的时候可以追着玩耍，而我没有？ 为什么有人会想象和光逆向平行同速时脑补光和自身的状态？愁人
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灵长类物种的进化分为类人猿——一组无尾灵长类物种，包括大猩猩、黑猩猩和人类——和非人猿类，它们有尾巴，是人类的更远亲的灵长类亲属。每个物种进化的度量以“mya”或百万年前为单位。图片来源：纽约大学坦登工程学院
人类和类人猿尾巴缺失进化的遗传基础
2021 年 10 月 5 日
纽约大学坦登工程学院和格罗斯曼医学院的研究人员正试图理解一个在某些时候困扰着我们大多数人的古老问题：为什么所有其他动物都有尾巴，而人没有？尾巴的丢失是导致人类和“拟人猿”的谱系发生的主要解剖学进化变化之一。长期以来，人们一直认为尾巴的丢失在人类的双足行走中发挥了关键作用。
现代 tinamou 鸟类（顶部）和已灭绝的兽脚亚目恐龙 腔骨龙（底部）的跑步运动的计算机模拟。图片来源：M.佩雷斯拍摄的 Tinamou 照片，C. 格里芬 拍摄的腔骨龙骨架照片。
一个国际研究小组发现，双足恐龙很可能在行走和奔跑时摆动尾巴以保持平衡。该小组描述了计算机模拟，可视化了恐龙鲍氏腔骨龙在运动过程中可能如何使用它的尾巴。
先前的研究表明，恐龙的长而重的尾巴主要用于平衡它们长长的脖子和沉重的头。在这项新的努力中，研究人员发现了证据表明尾巴也被用来帮助平衡。
为了更多地了解尾巴在运动中的作用，研究人员使用了最近开发的 3D模拟技术，该技术基于计算生物力学并已被广泛应用于各种应用中。研究人员首先开发了一个通用的肌肉驱动的兽脚类恐龙框架，他们通过模拟现代泰南鸟类的步态进行测试——这种鸟类往往走路比飞翔多得多。在发现他们的模拟与真正的鸟类非常匹配后，研究人员将注意力转向了鲍氏腔骨龙——一种相对较小的三叠纪物种。在输入其已知特征后，研究人员运行模拟并观察恐龙的步调。
现代 tinamou 鸟以最大速度奔跑的计算机模拟。灰色方块 = 10 厘米，以 0.2 倍实际速度播放图片来源：毕肖普 等人
研究人员发现，恐龙在奔跑或行走时会前后摆动尾巴，与颈部协调，形成有节奏的模式。仔细观察发现，恐龙用它的尾巴沿着轴调节整个身体的角动量，以保持平衡。他们注意到尾巴的摆动模式类似于人类在摆动手臂时走路或跑步的模式。
现代 tinamou 鸟（棕色）和已灭绝的兽脚亚目恐龙腔骨龙（绿色）以最大速度奔跑的计算机模拟。灰色瓷砖 = tinamou 为 10 厘米，腔骨鱼为 50 厘米，以 0.2 倍实际速度播放。图片来源：毕肖普等人
研究人员还在模拟中改变了尾巴的大小，以了解它如何影响生物的运动，并在一种情况下将其完全移除。他们发现这样做会迫使恐龙在移动时施加更多的能量——没有尾巴，它使用的肌肉力量增加了 18%。他们认为其他恐龙很可能以类似的方式使用它们的尾巴。
根据 范· 比杰勒特等人 2021 年的模拟，霸王龙行走的动画。尾巴会产生共鸣，从而使步态更逼真，步态稍慢。图片来源：里克·斯蒂克勒姆、阿瑟·乌尔曼和 帕夏· 范· 比杰勒特
就像我们脖子上的骨头一样，尾巴上的骨头是由韧带连接在一起的。“你可以把它比作悬索桥，范· 比杰勒特解释说。“一座有着大量肌肉的悬索桥。” 每走一步，尾巴就会上下摆动。这意味着，就像摆动一样，它有一个共振的自然频率。
为了找出频率是多少，范· 比杰勒特 和他的教授安妮·舒尔普（Naturalis/乌得勒支大学）和 克诺克·范· 苏斯特（VU）建立了 Trix 的 3D 模型，霸王龙在荷兰国家自然历史博物馆展出 . 他们在著名的骨骼上添加了数字肌肉，并且可以在这个肌肉模型上进行生物力学分析。从这些中，他们得出了自然频率和首选步行速度：4.6 公里/小时（2.9 英里/小时）。所以，当特里克斯出去散步时，她走路的速度和你差不多。如果你有一只宠物霸王龙，你走路不会有问题——至少在速度方面。
这个基于好奇心的问题是通过使用生物信息学工具来研究人类（和其他没有尾巴的猿类）和猴子（和大多数其他哺乳动物一样都有尾巴）的基因组之间的差异来解决的。
夏波博士 是在杰夫-博伊科和 伊泰柳井的实验室研究这个问题的候选人，研究了已知参与尾部发育的所有基因的序列比对，并发现了插入 TBXT 基因的称为逆转录转座子的可移动 DNA 片段，这是一个至关重要的发育调节剂用于尾部发育。它之前没有被发现的原因是它位于非编码（内含子）DNA 中，大多数人不会在那里寻找突变。
对携带 Alu 反转录转座子其他拷贝的基因进行检查，得出了 Alu 如何扰乱 TBXT RNA 剪接的模型。研究人员设计了一个小鼠模型来测试这一假设，并发现确实，许多基因组经过适当改变的小鼠都没有尾巴。他们还发现，没有尾巴的老鼠也患有脊髓畸形。我们失去尾巴的祖先可能也有这种副作用，即使在今天，这也可能导致一些健康问题。
探索
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模拟显示双足恐龙在奔跑时摆动尾巴以帮助保持平衡
更多信息：夏波等人，人类和猿类尾部丢失进化的遗传基础（2021）。
由 鲍勃·伊尔卡 纽约大学坦登工程学院 荷兰自然生物多样性中心 提供
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