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挑战百年演化理论!新研究显示:人类与苍蝇的演进关系,比海星更亲近

前瞻网    2021-07-22 16:17

 

在过去的6亿年里,人类是如何从最早的动物进化而来的,这是一个永远令人着迷的问题。

很容易看出,我们是类人猿、灵长类动物和哺乳动物的成员。深入研究人类的历史,就会意识到哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物和鱼类都有一个共同的特征,那就是脊椎动物。而最早的脊椎化石,可以追溯到5亿年前。

我们与其他动物群体之间的关系究竟是如何的?日前发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的新研究,对此提供了一些见解。

挑战百年演化理论!新研究显示:人类与苍蝇的演进关系,比海星更亲近

一个多世纪以来的普遍观点是,我们最接近的非脊椎动物亲属,与脊椎动物完全没有惊人的相似之处。它们是棘皮动物或“刺皮”——包括海星、海参和海胆。

1908年,奥地利动物学家卡尔·格罗本首次提出了这一观点。Grobben研究了不同物种群中胚胎发育的最早事件(胚胎的最初细胞是如何分裂的,嘴是如何形成的),将动物王国的主要部分分成了两个大分支。他认为脊椎动物和棘皮动物属于后口动物,而其他无脊椎动物属于原口动物,包括昆虫、蚯蚓、软体动物和线虫。

虽然这种教科书式的关于脊椎动物和棘皮动物之间密切关系的观点一直存在,但最近一些利用动物DNA比较来重建进化树的研究,却出现了一些意想不到的结果,对这种观点提出了质疑。与此同时,在胚胎发育过程中,一些被强调为后口动物分支所独有的特征,却在一些原口动物物种中被发现了。

这些结果表明,棘皮动物(如海星)是脊椎动物的近亲的证据,可能比人们长久以来认为的要弱。

在不同的动物谱系中,基因的DNA序列发生了变化——这是它们关系的记录。研究人员用电脑比较了整个动物王国的基因DNA序列,重建了动物进化树。

为了看看DNA数据是否能令人信服地支持脊椎动物和棘皮动物之间的密切关系,他们观察了在脊椎动物和棘皮动物中都发现的DNA变化的数量。

他们研究了大约5000个不同的基因,大约70%的原始口动物分支,比后口动物分支有更多的独特的变化来支持它。这意味着原口动物的DNA有很多独特的变化,所以这个分支得到了DNA证据的有力支持。相比之下,脊椎动物和棘皮动物之间的密切关系得到的证据要弱得多——它们的独特DNA变化相对较少。

之后,他们尝试了脊椎动物、棘皮动物和原口动物的不同排列方式:首先是连接脊椎动物和棘皮动物的经典后口树谱;第二种是棘皮动物与原口动物的亲缘关系,比与脊椎动物的亲缘关系更近;最后,在这棵树上,脊椎动物与原口动物的关系比与棘皮动物的关系更近。

他们发现,对于许多基因来说,没有大量的DNA变化来支持这三棵树谱中的任何一棵。在基因分析中,有明显证据表明后口树更倾向于三种选择中的一种,只有极少数的基因显示后口树的证据比其他两种可能性更有力。

结果表明,这三个分支——脊椎动物、棘皮动物和原口动物——在很短的时间内就彼此分离了,这意味着DNA的许多变化没有时间形成。这意味着,现在很难计算出与这些群体相关的三种潜在树谱中哪一种是正确的。

那么,为什么之前的大多数DNA研究都支持一种具有后口类群的树,尽管最新的实验表明,这两种树几乎没有什么区别?他们想知道,当不同的分支以不同的速度进化时,分析是否容易出现错误。

为了找出答案,研究人员们使用计算机根据每个场景模拟DNA的进化。他们从一个随机合成的DNA序列开始,它代表了一种原始动物。这个DNA序列是通过根据三棵树的每一棵累积突变而进化的。

当研究人员们根据后口树模拟数据时,他们总是正确地复制树。然而,当他们模拟与另外两棵树相吻合的数据时,并不总是复制正确的树——有时是错误地创建了后口树。当他们让不同群体的进化速度更加不同时,这种错误尤其常见。

这一结果表明,真实的DNA数据可能存在错误,即使它不正确,也会让研究人员们重建后口树。这种错误可能是由于两个后口动物类群(脊椎动物和棘皮动物)的进化速度,比其他类群慢。这将使它们彼此看起来比它们与原口动物更相似,即使它们并不是真正的近亲。

研究人员们得出的结论是,一个多世纪以来教科书中关于脊椎动物和棘皮动物之间密切关系的信心是错误的。他们已经证明,这个进化问题特别难以解决。人类等脊椎动物可能会被证明——与蜗牛和苍蝇的亲缘关系,比我们与海星的亲缘关系更近。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 3976DBC

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