从果蝇简单蠕动的管状心脏，到人类精密复杂的四腔室“引擎”，动物心脏的演化之路充满了神秘与惊奇。近日，中国海洋大学赵龙教授团队领衔，联合国内外多家科研机构，在《科学》（Science）期刊上发表了题为“空间分辨单细胞图谱揭示动物心脏的宏观演化蓝图”的突破性研究，首次绘制了跨越27个物种、涵盖生命树主要分支的动物心脏分子演化全景图，为解开这一亿年谜题提供了关键线索。
一张“心脏演化地图”
这项研究堪称一次“心脏演化大普查”。研究团队创新性地整合了比较基因组学、单细胞转录组学和空间转录组学等技术，对从果蝇、扇贝、七鳃鳗到人类等27个代表性物种的成体心脏进行了深度解析。样本囊括了管状、两腔室、三腔室和四腔室等所有主要心脏类型，覆盖了水生、两栖和陆生等多样生态环境，构建了目前物种覆盖最广、演化跨度最大的动物心脏高精度空间单细胞图谱，并建立了开放共享的HEART数据库。
一个“核心基因工具包”
研究发现，尽管动物心脏形态各异，但所有两侧对称动物都共享一套“核心基因工具包”。其中超过六成的基因在果蝇、扇贝和人类中都高度保守，其起源可追溯至数亿年前的两侧对称动物共同祖先。这表明，动物心脏可能拥有一个共同的“原始分子蓝图”，而非各自独立演化。在此基础上，不同的动物类群又各自叠加了数百个谱系特异性基因，如同在原始引擎上添加了不同的“涡轮增压”或“智能系统”，从而演化出适应各自生存环境的结构与功能。
四大细胞基石与“心室为先”模型
在细胞层面，研究揭示了心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞与神经细胞是动物心脏的四类保守细胞基础，早在祖先心脏中便已就位。更令人兴奋的是，团队鉴定出一类演化上保守的、具有高度动态的“瞬时状态”心肌细胞，它在心脏发育、损伤应激乃至缺氧环境中比例会显著变化，被认为是心脏应对环境挑战的一个古老而灵活的“可塑节点”。
研究还系统鉴定出能稳定区分心房与心室的分子标签，并创新性地提出“心室为先、心房为后”的房室起源新模型。分析表明，管状心脏在分子层面更接近心室，暗示原始心脏可能由“心室样”泵血组织主导，心房结构是在此基础上逐步演化而来。
这项研究不仅重塑了我们对心脏演化历程的认知，更揭示了形态多样性背后隐藏的演化逻辑。这些演化中深藏的细胞状态与基因调控网络，或将为心脏疾病治疗，如心肌再生、心力衰竭等，提供全新的研究靶标和治疗策略，从演化历史中寻找攻克现代医学难题的“钥匙”。
