最近在香港的一项实验室实验中诞生的老鼠，有着黑色的小眼睛和斑驳的灰色皮毛，与其他同类甚至其他动物都不同。
然而，尽管它们存在根本差异，但它们看起来再普通不过了，这一事实揭示了我们进化历史的惊人真相。
这些小鼠被剪接了来自一种单细胞微生物的基因，这种微生物被称为领鞭毛虫。虽然微生物本身不是动物，但与动物密切相关，自复杂的多细胞生命存在之前以来，微生物几乎没有变化。
值得注意的是，在像小鼠这样复杂的多细胞动物中成功选择了领鞭毛虫的基因，这让我们对动物性状的进化起源有了新的认识。
动物具有所谓的多能性。胚胎能力分化并发育成构成完全发育的有机体的各种组织。尽管领鞭毛虫没有这种天赋，但它们有自己的基因版本，负责动物的多能性。
通过将小鼠基因与领鞭毛虫中发现的版本进行交换，研究人员可以确定两者在功能上的相似程度。
“通过使用源自我们单细胞亲属的分子工具成功地培育出小鼠，我们见证了近十亿年进化过程中非凡的功能连续性，”遗传学家亚历克斯·德·门多萨说英国玛丽女王大学。
“这项研究表明，参与的关键基因形成可能比干细胞本身早得多，这或许有助于为我们今天看到的多细胞生命铺平道路。”
多能性被认为是随着大约 7 亿年前多细胞动物的出现而出现的，因此理所当然的是，与干细胞多能性相关的转录因子，例如干细胞中的转录因子红袜队和为了家庭，被认为仅限于多细胞动物。
但之前对动物附近的微生物进行的研究表明起源多能性早于多细胞生物。如果是这样的话，它可能是动物进化的驱动因素之一，而不是动物进化的结果。
领鞭毛虫 Sox 基因具有与哺乳动物 Sox2 基因相似的特征。在小鼠中，Sox2 与称为 Oct4 的 POU 成员相互作用；但领鞭毛虫 POU 基因不能产生多能干细胞。
由香港大学的高亚和黛西琳·塞纳·谭以及德国马克斯·普朗克陆地微生物研究所的马蒂亚斯·吉尔比格领导的研究小组想知道如果用领鞭毛虫 Sox 基因替换哺乳动物的 Sox2 基因会发生什么。
他们培养了克隆的小鼠干细胞，并重新编程了它们的基因组，用领鞭毛虫 Sox 取代了 Sox2。这些细胞被注射到小鼠胚胎囊胚中，然后植入到假孕老鼠代孕者在培育环境中受孕、出生和长大。
这些嵌合体幼崽出生时就具有基于其拼接遗传的混合特征。显然它们是老鼠；但它们有黑色的眼睛和深色的皮毛斑块，这表明它们是混合遗传的。除此之外，它们都非常正常——这表明领鞭毛虫 Sox 基因能够产生与小鼠发育相容的干细胞。
这表明，在多细胞出现之前，领鞭毛虫就已经开发出了用于创造多能性的工具。
“领鞭毛虫没有干细胞，它们是单细胞生物，但它们有这些基因，可能控制基本的细胞过程，多细胞动物后来可能会重新利用这些基因来构建复杂的身体，”德门多萨 说。
研究结果表明，数亿年前领鞭毛虫中的 Sox 转录因子在生化上与当今多细胞生物中发挥重要功能的 Sox 基因相似。另一方面，领鞭毛虫 POU 无法产生多能干细胞，这表明 POU 成员必须经过修饰才能承担它们现在在多能性中发挥的作用。
研究人员表示，这些结果可能对干细胞研究和干细胞疗法产生影响。它们为地球上生命如何多样化的故事增添了一层有趣的复杂性。
“我们的数据清楚地表明，涉及脊椎动物多能性的两个主要基因家族和动物的关键发育基因在多细胞起源之前就已经存在，”该团队在论文中写道。
“最终，它们的生化能力被用来构建复杂多细胞实体的定义细胞类型之一。”
该研究发表于自然通讯。
