Science：5亿年前的心脏长什么样？中国学者揭示祖先心脏竟是一个“心室”

心脏是动物界最重要的进化创新之一。节肢动物、软体动物和脊索动物这三大主要双侧动物门类在5亿多年前分道扬镳，各自演化出适应特定生态位的独特心脏结构——从昆虫的管状背

血管

到章鱼的三个心脏，再到人类四腔室心脏。尽管形态千差万别，它们是否共享同一套“祖先分子蓝图”？

2026年7月23日，中国海洋大学赵龙教授、王玮教授、王师教授，青岛市妇女儿童医院泮思林教授，广东省人民医院费继锋教授，青岛华大生命科学研究院刘群研究员在

Science

在线发表题为

“Spatially resolved single-cell atlas reveals the macroevolutionary trajectory of animal hearts”

的研究论文，该研究给出了肯定的答案。

27个物种、三大门类的多组学图谱

研究团队利用比较基因组学、单细胞转录组学和空间转录组学技术，对27个物种的成年心脏进行细胞结构绘制——包括此前被忽视的节肢动物（如果蝇、蜘蛛）和软体动物（如章鱼、蜗牛），加上脊索动物（斑马鱼、小鼠、人类等），覆盖了双侧动物的主要分支。

保守核心基因与心肌细胞过渡状态

分析揭示了一组可追溯至最后共同双侧动物祖先的保守核心基因，在心肌细胞中表现出高度的细胞类型保守性。此外，研究还发现了一种进化保守的心肌细胞过渡状态，该状态可能与氧气条件相关——暗示心脏对氧气的感知和适应是贯穿进化史的核心主题。

27种双心物种的数据资源景观（图源自

Science

）

祖先心脏：一个“原始心室”

通过跨物种比较，团队推断祖先的管状心脏主要由类似心室的心肌组织构成。心脏复杂性的增加——包括心腔的形成、心房的加入、瓣膜的出现——是通过心肌细胞进一步特化，并在进化过程中与非心肌细胞（如成纤维细胞、内皮细胞、神经细胞）融合而产生的。

逐步“添加”策略

联合分析表明，后生动物的心脏采用一种逐步“添加”策略作为普遍的进化机制：先在祖先心脏中建立核心细胞类型（心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞、神经细胞），然后在不同谱系中通过特化和招募新细胞类型来增加复杂性，同时保持核心特征。

意义

这项研究为理解心脏进化提供了前所未有的分子分辨率。对基础生物学来说，它回答了“心脏的祖先蓝图是什么”这个长期悬而未决的问题；对医学来说，祖先心脏分子程序的阐明为理解

先天性心脏病

提供了进化视角——许多先天性心脏缺陷可能源于进化上保守的发育程序的失调。研究还提供了一个开放的多物种心脏多组学数据库与分析框架，可供全球科学家探索不同物种的心脏分子特征，成为心脏进化研究的“罗塞塔石碑”。

中国海洋大学连姗姗副教授、王玮教授、芦美娜博士、韩文韬副教授、硕士研究生骆佳鑫、博士研究生张雪娇，博士研究生李昱儒，广东省人民医院博士研究生刘耀新与辽宁师范大学逄越教授为该文章的共同第一作者。中国海洋大学苏颖教授、青岛大学王建勋教授、北京大学赵扬教授对本文亦有重要贡献。青岛华大生命科学研究院范广益研究员和中国海洋大学董波教授在项目协调与组织方面给予了大力支持。

参考消息：https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00756-7