2026 年 7 月 24 日，作为论文主通讯作者，进化所发育与再生生物学实验室赵龙教授团队联合中国海洋大学校内海洋生物遗传学与育种教育部重点实验室、方宗熙海洋生物进化与发育研究中心及校外青岛华大生命科学研究院等多个研究团队，共同发起和推进了“心脏演化图谱（HEART；Heart Evolution Atlas: a Repertoire across Tree-of-life）”的科学计划并取得重要成果。论文以 "Spatially-resolved single-cell atlas reveals the macro-evolutionary trajectory of animal hearts" 为题，在 Science 期刊以 First Release 形式在线发表。
该成果从宏观演化尺度绘制了动物心脏的演化图谱，为理解其亿年间的变迁提供了强有力的数据支撑。
赵龙教授团队前期在 Marine Life Science & Technology 期刊发表了心脏演化的相关研究，通过对跨水生—陆生、海洋—淡水物种（扇贝、蜗牛和斑马鱼）的两腔室心脏转录组分析，初步揭示了两腔室心脏演化的分子特征。刚发表的这篇论文是团队前期研究的拓展与深入，旨在进一步探究心脏起源及其宏观演化机制。联合团队通过密切合作，分析了从果蝇到人27个代表性物种的心脏，物种涵盖原口与后口两大动物门类，包含水生、两栖、陆生等多种生活环境，心脏类型包括了管状、两腔室、三腔室和四腔室等所有大类。通过系统整合基因组、bulk转录组、单细胞与空间转录组等多维数据，绘制了首张动物心脏跨谱系分子演化全景图，并建立开放共享数据库，为心血管研究领域提供了可深度发掘的丰富数据和重要的研究平台。
图1. 两侧对称动物的心脏演化。
动物心脏演化出了多样的解剖结构和生理功能，以适应其栖息环境。对脊索动物、节肢动物和软体动物的多组学分析表明，在演化过程中，两侧对称动物的心脏具有共同的核心基因集；在此基础上，心脏细胞多样性得以形成，心室基础上的心房结构得以出现；同时，心肌状态在进化上保持保守，动态应对心脏发育和压力的变化。
论文研究发现，尽管心脏形态各异，但所有两侧对称动物均共享一套“核心基因工具包”，其中逾六成基因高度保守，源头可追溯至两侧对称动物的最后共同祖先。在此基础上，原口与后口动物各自叠加了数百个谱系特异性基因，赋予心脏迥异的结构与功能。在细胞层面，心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞与神经细胞四大类型早在祖先心脏中便已作为基本组件就位。此外心肌细胞还存在一种高度动态的“瞬时状态”，具有独特的基因表达与转录本核聚集特征。通过进一步功能实验发现，在心脏发育、损伤应激乃至缺氧环境等不同生物学过程中，该状态的心肌细胞比例显著变化，提示其可能是心脏应对发育、损伤和环境变化挑战的一个古老而灵活的可塑节点。跨物种比较还系统鉴定了心房与心室的分子标签，这些基因虽不足心脏表达基因的千分之一，却能稳定区分房室身份。综合多重比较分析发现，管状心脏在分子层面更接近心室而非心房，提示原始心脏可能由“心室样”泵血组织主导。
从保守的核心基因到新基因的谱系叠加，从原初的细胞基石到心肌细胞状态的瞬时可塑响应，从心室优先构型到房室逐步分化，这项研究不仅描绘了心脏数亿年的演化轨迹，更揭示了形态多样性背后的内在逻辑。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提供全新研究靶标与应对策略。
发育与再生生物学团队在站博士后芦美娜博士和博士研究生张雪娇同学作为此论文 Science（2026）的共同第一作者，在前期也同样作为共同第一作者参与了团队发表于 Marine Life Science & Technology （2023） 和 Nature Communications （2025）期刊的两篇关于心脏演化与心脏再生的重要研究论文。
论文链接：
S. Lian et al., Spatially-resolved single-cell atlas reveals the macro-evolutionary trajectory of animal hearts. Science, (2026). https://doi.org/10.1126/science.adw0855
团队前期相关研究论文：
M. Lu et al., Comparative analysis of the cardiac structure and transcriptome of scallop and snail, perspectives on heart chamber evolution. Marine Life Science & Technology, (2023). https://doi.org/10.1007/s42995-023-00202-0
L. Li et al., An organ-wide spatiotemporal transcriptomic and cellular atlas of the regenerating zebrafish heart. Nature Communications, (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59070-0
