對於許多脊椎動物來說，它們的肺是必不可少的。然而，四個活着的兩棲動物支系不再通過他們的肺呼吸，而是主要通過他們的濕皮膚呼吸。人們對這些支系中肺部喪失的發育基礎知之甚少。哈佛大學比較動物學博物館和組織學與進化生物學系的研究人員檢查了無肺螈科（Plethodontidae），這是一種在成年時都沒有肺的蠑螈家族，並發現它們在胚胎時確實發育出了肺，為深入了解數百萬年來肺部喪失的進化提供了依據。
他們的發現最近發表在《科學進展》雜誌上。
無肺螈科是物種最豐富的蠑螈科，佔了目前所有蠑螈多樣性的三分之二以上。所有成年的無肺螈科目動物都沒有肺，只通過非肺組織呼吸，主要是皮膚和口腔及喉嚨的粘膜。肺的喪失至少在遠緣兩棲動物中獨立發生過四次，在兩棲動物以及一些脊椎動物中都有更多的肺減少或喪失的案例。然而，這種損失的發展解釋是未知的。
“鑒於無肺蠑螈占所有蠑螈物種的大約三分之二，顯然無肺蠑螈做得很好，”研究主要作者、前博士生Zachary R. Lewis說，“也許失去肺使這種顯著的進化成功得以實現，而不是阻礙。”
這項研究建立在Lewis在資深作者 James Hanken教授的實驗室的博士工作基礎上。 Lewis、 Hanken和共同作者蓋茨堡學院的 Ryan Kerney副教授使用組織學和微型CT檢查了有肺和無肺蠑螈的肺部發育形態。他們發現，無肺蠑螈在胚胎期的肺部發育與其他物種的肺部發育方式相同。研究人員隨後採用原位雜交和RNA測序技術證明，無肺蠑螈胚胎髮育過程中產生的結構不僅在形態上與肺相似，而且在表達的分子方面也與肺相似。
研究人員認為，由於缺乏維持肺部發育的線索，肺部發育在這些物種中停止了，這些線索出現在環繞發育中的肺部的組織-肺間質。
“我們把來自有肺蠑螈的間質放入無肺蠑螈的胚胎中，並讓它發育，”Lewis說，“它導致了類似於肺的結構的形成，提供了一些證據表明無肺蠑螈仍然有能力繼續發育肺。”
這項研究還證實了Amy Grace Mekeel1936年的博士論文，該論文挑戰了生物學家提出的領先理論，即成年咽部的輕微褶皺是一個殘存的肺，自無肺螈科最初的肺部喪失后一直存在。Mekeel描述了一種在胚胎中形成的”肺部前體”，但在其孵化時已經消失。
“肺部前體在無肺蠑螈胚胎孵化前出現並消失，正如Mekeel所描述的那樣，”Kerney說，“這項工作證明了Mekeel早期的論述，並使最初的成年遺迹假說不攻自破。”
這項研究顯示，儘管在至少2500萬年甚至可能超過6000萬年的時間裡沒有功能性的成體肺，但肺部的發育-遺傳途徑至少是部分保守的。了解無肺螈科的肺部損失的進化也可以闡明其他脊椎動物的器官損失。
Lewis表示：“將來，如果這些遺傳機制被揭示出來，我們將更全面地了解進化是如何消除像肺這樣的器官的，長期以來人們認為肺對實現陸地上的生命至關重要。”