▲黑蹼树蛙 饶涛 绘
两种树蛙蝌蚪发育时期的肢体形态学比较提示它们之间存在不同的发育模式。随后，研究人员以两种树蛙高质量基因组为基础，结合它们蝌蚪四肢发育过程中的转录组数据，通过时序基因共表达网络分析，发现黑蹼树蛙蝌蚪肢体在发育阶段特异共表达一系列与Wnt信号通路和血管重构相关的基因。这种发育时期特异表达模式可能通过参与其指和指间区域生长速率的调控，对蹼足的形成起到关键作用。
“指和指间区域生长速率异质性和指间凋亡是动物形成自由指的关键机制。对其调控的解析有助于研究人员对肢体发育模式形成更全面的了解。”然而，还有更多问题亟待探讨解决。比如，为什么指和指间生长速率异质性能在两栖动物中塑造出自由指，但却不足以塑造羊膜动物的自由指？指间凋亡机制是如何被整合进羊膜动物肢体发育模式中的？这些问题需要在之后研究工作中持续探索。
“从野生动物的角度筛选影响四肢发育的基因，对基础科学研究有较大的推动作用。”李家堂说，对这些基础科学问题的探索，将为人类相关疾病如并指症等的防治提供重要基础资料。
蛙类“蜘蛛侠”，和人类头发也有关系
除具备非凡的滑翔能力之外，树蛙的指尖演化出了膨大的吸盘组织并赋予了它们强大的攀爬能力，这是它们能上树的前提。不同于蜘蛛和壁虎等物种依靠脚底的刚毛提供的范德华力进行飞檐走壁，树蛙吸盘依靠纳米状的细胞骨架蛋白突起形成的毛细管力攀附在垂直墙面上，可以说是蛙类“蜘蛛侠”了。
“蛙类‘蜘蛛侠’还跟人类的头发有关系。”李家堂表示，本研究还发现，树蛙中调控角蛋白和细胞骨架形成的PPL基因受到正选择，且存在树蛙属内保守的氨基酸替换，这可能有助于树蛙攀爬相关性状——吸盘的形成。
壁虎的刚毛主要由β角蛋白扩张形成，而树蛙指尖吸盘的主要结构蛋白为α角蛋白。有趣的是，α角蛋白同样是哺乳动物和人类毛发纤维最主要的成分之一。“这些祖先角蛋白可能在早期四足动物需要皮肤强化的区域中表达，而随后分化为支持两栖动物和哺乳动物不同的适应性结构。”
研究滑翔相关表型的调控机制和强大的攀爬能力，对动物特殊功能的仿生研究有重要的基础科学价值。
以滑翔机制为例，他提到，黑蹼树蛙身体扁平，有肥厚的趾垫，除了指（趾）间蹼的形状，四肢间也有由皮肤伸展形成的薄膜。“用怎样的滑翔姿态才能拥有最大受力面？着陆到叶面上时如何实现最小缓冲？”他认为，通过对上述等问题的基础科学研究，将对日后空中飞行器、极限运动辅助装置等设备的仿生机制运用场景起到重要作用。
幕后故事：
研究周期四五年，对结果抱有遗憾
尽管黑蹼树蛙在近两年来才成为“网红”被大众所知晓，但李家堂团队早在四五年前就对其开展了针对性研究。
“这是一个兼具趣味性的研究。”他提及，黑蹼树蛙通常生活在高大的乔木上，并能滑翔到其他树梢或树下水塘中进行躲避或繁殖。黑蹼树蛙具有发达的指（趾）间蹼这一特殊性状，让他希望找到控制其生长的基因，从遗传学的角度对人类医学作出科学探索。
设定了科学课题，研究则是一个漫长的过程。
除了要在野外进行长时间滑翔行为和生活史观察外，研究人员还需要在实验室里通过基因组数据分析等科学手段筛选基因，开展行为学实验并孵育蝌蚪，获取每一个关键时期的样本，并进行转录组测序工作。
蝌蚪肢体发育过程是本研究的核心工作内容之一，需要从蛙卵开始孵育，对发育时期有严格要求。对于研究成果，李家堂也抱有一些遗憾：在研究过程中，由于各种原因，在蝌蚪取样方面错失了一些关键时期的数据，尽管后来在持续补充该数据，但依然不够完善。如果有机会，他希望未来可以补全这些数据。因为“科学是永无止境的，它是一个永恒之谜”。
红星新闻记者 彭祥萍 实习生 张业欣 图据中科院成都生物所