某些甲壳类动物进化出了造丝的方法

几千年来，人们一直惊叹于蜘蛛结实的丝网的复杂性，并珍视蚕纺出的丝绸的奢华柔软。其他一些昆虫种类，如蜜蜂和苍蝇，也会产丝。但很少有人，甚至是生物学家，知道各种各样的甲壳类动物也会制造这种多功能且有价值的蛋白质纤维。现在，两名研究生认为，这些鲜为人知的丝绸生产者应该得到应有的重视了。

两人合作收集并分析了数十种称为片脚类的甲壳类动物的遗传物质，其中一些可以制造丝绸。其中一名学生，佛罗里达自然历史博物馆的Brittany Cummings，拼凑出了一个家谱，揭示了这个群体多次独立开发出产丝功能——这是所谓趋同进化的一个例子。另一位是加州大学圣巴巴拉分校的Siena McKim，她发现至少有一种两栖动物产生这种纤维，其基因与蚕相同。

上周，在西雅图举行的综合与比较生物学学会年会上，两人都报告了他们的发现，包括数据表明，某些片脚类动物在失去了制造丝绸的能力后，形成了奇怪的身体情况或附肢。

威廉玛丽学院的无脊椎动物动物学家乔纳森·艾伦没有参与这项工作，他说，这项研究表明，丝的进化有很多目的，可能推动了生活方式和体型的多样性。“随后丝生产的损失导致了更奇怪的变化。”

在会议上，麦基姆描述了利用一个多世纪前的科学文献来确定哪些甲壳类动物制造丝。她报告说，丝在甲壳类动物中可能至少进化了六次，其中两足类、梭子蟹(又称种虾)和tanaids(生活在咸水和淡水中的小虾类动物)各有两次起源。

一些参加麦金演讲的丝绸生物学家感到惊讶。阿克伦大学研究蜘蛛丝的博士后Angela Alicea Serrano说：“我不知道甲壳类动物有能力制造丝绸。”。

即使在生物学家中，片脚类动物也往往被忽视，或者更糟的是，被误认为是长相怪异的虾。豆状，通常不比樱桃大，它们在海洋、河流、湖泊和池塘中非常丰富，是鱼类、其他无脊椎动物甚至鲸鱼的主要食物。到目前为止，McKim和Cummings已经将重点放在了形态最多样的片脚类——蛇尾类上。几种海蛇科植物是吐丝植物。此外，许多物种都经历了巨大的变化，从爪子和触角的增大到头部、后端的减少和缺失，或者两者兼而有之。

正是这些形状奇特的蛇冠吸引了卡明斯研究片脚类动物中的丝。大约20年前，其他研究人员认为，蛇尾科的多样性起源于该分支的成员，该分支包括21个科，进化出丝腺、长触角和抓握腿。

Cummings和McKim一起收集了从不列颠哥伦比亚省到加利福尼亚州南部和南美洲的片脚类动物。她还检查了运往她的大西洋、加勒比海和南极洲沿海地区的保存标本。这些生物为不同的目的制造丝。有些用它来捆绑沙粒和粪便，有时在泥中制作柔软的保护管，或是用来抽水收集食物的硬管。其中一种甚至在海胆的脊椎末端建造丝状的“杆”，当它们用触角伸出去捕捉食物时，这些杆被用作支撑。(棘为海胆和片脚类提供保护。)有些人用它们的丝创造了可移动的围栏，身体在丝管内游泳，拍打触角四处移动。

两人一起从代表七个蛇尾科的新捕获的片脚类物种中收集了遗传物质。到目前为止，他们已经对九个物种的活性基因进行了编目。Cummings在会议上报道称，这些早期数据为两栖类进化提供了一些令人惊讶的线索。

研究人员认为，所有的丝管制造者都聚集在一起，所有不再制造丝管的物种都属于两栖纲家谱的另一个分支。但Cummings的初步分析表明，丝的产生发展了多次，也可能已经消失了多次。片脚类动物中最早的用丝制造软管的物种。他们中的一部分失去了产丝的能力，而是在没有任何管道的情况下，紧紧抓住岩石、贝壳和其他表面。

她报道说，后来在某个时候，产丝再次进化，但这些物种建造了坚硬的管道，因此可以生活在流动更快的水中。最近，这些物种中的一些再次用它们产丝的能力换取了在这些更快的水域中自由生活、依附的生命。艾伦说：“她希望讲述的故事并不像最初看起来那么简单。”。

对甲壳类动物的丝进行更深入的分析，也许有一天会有实际应用。研究人员已经将蜘蛛丝用于生物医学和工程，用作缝合线和再生组织的支架。通过研究其特性，研究人员正在学习如何制造同样坚固的合成材料。

Alicea Serrano说：“两栖类动物生活在海洋环境中，所以这种丝有一些独特之处，“使它能够在盐水中发挥作用”。“我们也许可以用这些材料为自己制造材料。”

麦基姆只关注了产丝生物，比较了它们某些腿部的活性基因，这些腿可以生产丝绸，而它们的其他的腿没有丝腺。她报道说，在蚕身上发现了两个产丝双足类腿的活性基因。她在会议上说，这一发现“让我们相信它们使用的基因与飞蛾非常相似”。但为什么以及如何产生这些相似的基因——它们不太可能追溯到一个共同的祖先——“是让我彻夜难眠的原因。”