【科學講堂】心臟咽喉相關聯 靠同一基因發展
談及重要的內臟，我們會說「心、肝、脾、肺、腎」；以「心臟」為首，反映出我們對這個臟腑的重視。從現今科學的角度來看，我們知道心臟是維持血液循環的重要器官；在古代以至現代日常的閒談之中，我們會將心臟跟情感連上關係。在生物演化的過程中，我們這個如此重要的器官又是從哪裏來的？今天就和大家分享一下近年科學家在這方面的發現：有趣的是，心臟的發展，可能跟頭部、咽喉這些部位有密切關係呢。
海鞘有着V形心 推使體液不停流
要理解脊椎動物的心臟是怎樣來的，與其他相類的生物比較，是很有用的研究方向。例如在生物分類上來說，脊椎動物（vertebrate）屬於更大的脊索動物（chordate）這個類別，當中的文昌魚（lancelet）能夠在水中自由活動，並擁有與脊椎相類卻較原始的脊索結構，一直被認為能夠反映脊椎在演化過程中的一個中途狀態。不過文昌魚的「循環系統」是一條比較簡單的管道，以致一些生物學家甚至認為文昌魚並沒有心臟。
靠過濾海水找食物
2006年的一個研究更在比較各種脊索動物的基因之後指出，與脊椎動物最親近的並非文昌魚，反而是外表看起來跟脊椎動物極不相似的被囊動物（tunicate）。海鞘（sea squirt）是典型的被囊動物，看起來像一團口香糖，固定在海底不會移動，主要由一頭吸入海水、過濾出食物維生後，再從身體的另一頭吐出海水。
起碼在心臟結構這方面，海鞘與脊椎動物的相近之處其實並不如外貌看來那麼難以想像：在看來無甚特徵的外表之下，海鞘有着V形的心臟；這個心臟外的肌肉固定地收縮，繼而推使海鞘的體液持續地向一個方向流動。
被囊動物曾有頭 幼蟲階段是泳手
生物學家們進一步研究被囊動物的心臟是怎樣發展出來的。例如Mesp是與脊椎動物心臟發展相關的基因，而生物學家Lionel Christiaen就利用基因技術，讓Mesp在熒光下顯出綠光。結果發現這些基因也存在於海鞘胚胎的16個細胞之中，而這些細胞其後更會發展成海鞘的心臟。有趣的是，Christiaen發現一部分這些發綠光的細胞其後竟然移至胚胎的另一個部位，然後再發展成海鞘的咽喉！Christiaen與他的研究團隊更指出，這種能夠發展成咽喉跟心臟的胚胎細胞，與脊椎動物演化出循環、進食及呼吸系統有很密切的關係。
這樣的一個發現，更推動生物學家們思考脊椎動物跟被囊動物外觀上的差別：在演化的初期，被囊動物是否也有明顯的頭部，然後才慢慢失去這個身體的部分呢？屬於被囊動物的海鞘，好像也在暗示這個想法：海鞘在牠們幼蟲的階段，其實也有明確的頭部跟尾巴，能夠自由活動，並非固定在海床之上。被囊動物中的一個名為尾海鞘（larvaceans）的分支，更終生都是靈活的「泳手」。奇怪的是，經過生物學家們的各種努力，暫時還沒有在尾海鞘這種動物的身上找到Mesp或其他脊椎動物用來發展心臟的基因。尾海鞘看來有牠們自己一套發展心臟的基因，要理清與脊椎動物的關係，還需要更多更深入的研究。
生物的發展，真的充滿了各種各樣的驚奇與奧秘。今次與大家介紹咽喉跟心臟的關聯、脊椎動物和海鞘的連繫，希望各位覺得有趣。◆ 杜子航 教育工作者
早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。
