摘要: 蜘蛛等蛛形纲的动物腿部也有“膝盖”的结构（注），然而包括昆虫在内的其他节肢动物却没有膝盖。那么是什么导致了蜘蛛发育出膝盖的结构？一项新的研究认为，这是基因重复的结果。 （图片来源：http://news.discovery.com/animals/spide...
蜘蛛等蛛形纲的动物腿部也有“膝盖”的结构（注），然而包括昆虫在内的其他节肢动物却没有膝盖。那么是什么导致了蜘蛛发育出膝盖的结构？一项新的研究认为，这是基因重复的结果。
（图片来源：http://news.discovery.com/animals/spiders-invented-knees-151006.htm）
基因重复(gene duplication)指的是含有基因的DNA片段发生重复。基因重复通常是DNA复制或者修复过程出错的结果，常常导致生物出现新的性状，因此是进化的重要推动力，但关于蜘蛛中的基因重复如何导致变异，人们此前知之甚少。
来自德国的研究人员最初试图研究基因对于不同蜘蛛腿部发育差异的影响，他们将注意力集中在一个叫做dachshund (简称dac)的基因上。这个词的原意是腊肠犬，此前人们已经知道该基因能够影响节肢动物腿部发育，例如果蝇如果缺少这个基因可能会导致腿部发育异常。
研究人员意外地发现，蜘蛛基因组的另外一个区域还有一份dac基因。随后的实验表明，如果抑制第二个dac基因在蜘蛛胚胎中的表达，蜘蛛的膝盖将不能正常发育，这不仅使得蜘蛛无法正常行走，还导致它们撑不过过第二次蜕皮。这表明，蜘蛛膝盖的形成是dac基因发生基因重复的结果，而这赋予蜘蛛全新的行走方式，在生存竞争中占据优势。
正常发育的蜘蛛胚胎（右）和第二个dac基因表达受抑制的蜘蛛胚胎（左）。图片来自原报道
业内人士高度评价这项研究，认为它清晰地揭示了基因重复是如何赋予生物新的性状和功能。但也有研究人员指出，同为蛛形纲动物，螨虫也有膝盖结构，但dac基因并没有发生重复，因此仍然需要进一步的研究。
【注：蛛形纲动物的膝盖 (Patella)中指的是连接两个较长肢节即腿节（Femur ）和胫节（Tibia）的一个较为短小的肢节，和脊椎动物中的膝盖不是一个概念。在昆虫类中，腿节和胫节是直接连接的，没有膝节。感谢网友飞雪之灵、深山虫吟对此的补充和指正】
