Cell發(fā)布華大最新成果：擁有相似DNA和樣貌的未必是近親

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生命是如何從無(wú)到有，又如何實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)在的千姿百態(tài)？數(shù)千年來(lái)，這個(gè)問(wèn)題引導(dǎo)著人們無(wú)限的遐想與無(wú)盡的探索。構(gòu)建物種間的聯(lián)系，還原物種之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系一直是分類學(xué)家與演化學(xué)家的理想。

Cell發(fā)布華大最新成果：擁有相似DNA和樣貌的未必是近親-肽度TIMEDOO

今天，小編來(lái)考考大家，兩個(gè)看上去形態(tài)相似，且DNA相近的物種一定是近親么？答案是，no！

近日，深圳華大生命科學(xué)研究院生物多樣性基因組研究團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所等多個(gè)中外課題組發(fā)布了對(duì)有袋類哺乳動(dòng)物進(jìn)化過(guò)程的研究結(jié)果，揭示了物種在快速分化過(guò)程中，一些隨機(jī)事件有可能會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)緣物種具有相似表型的現(xiàn)象，解釋了形態(tài)和DNA相近的物種卻非近親背后的原理。該成果于2022年4月20日在線發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）雜志。

Cell官網(wǎng)截圖

下面，小編就來(lái)嘮嘮為什么會(huì)有這樣的結(jié)果~

尋找最近的共同祖先

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進(jìn)化樹(shù)到底是啥呢？它能將穿越數(shù)萬(wàn)年的物種進(jìn)化濃縮于一圖，通過(guò)進(jìn)化樹(shù)，我們可以觀察物種之間的親疏關(guān)系。為了達(dá)到這個(gè)目的，需要找到兩個(gè)物種之間所謂的“最近共同祖先”，也就是兩個(gè)物種在進(jìn)化樹(shù)上最近的一個(gè)公共祖先節(jié)點(diǎn)。如果，物種A和B的共同祖先相較于物種A和C的共同祖先更靠近樹(shù)枝末梢，那么A和B越親近。

早在19世紀(jì)，達(dá)爾文就在《物種起源》中提出現(xiàn)在地球上的所有物種最初都是從同一種原始生命演化而來(lái)，即共同祖先理論，例如，人類約在700萬(wàn)年前與黑猩猩從共同祖先古猿分化形成。構(gòu)建正確的進(jìn)化樹(shù)是演化生物學(xué)研究和開(kāi)展跨物種比較研究的基礎(chǔ)，對(duì)我們推理各種生物學(xué)現(xiàn)象的起源過(guò)程至關(guān)重要。

“香蕉”還是“蘋果”？

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那么，如何構(gòu)建進(jìn)化樹(shù)呢？DNA是絕大多數(shù)生物的遺傳藍(lán)圖，DNA序列越相似的物種在生命之樹(shù)上就更接近，而且理論上攜帶相同表型的物種演化關(guān)系也就越接近。依據(jù)這樣的推論，形態(tài)數(shù)據(jù)和DNA數(shù)據(jù)都可以用來(lái)構(gòu)建進(jìn)化樹(shù)。但實(shí)際上，用物種的形態(tài)特征來(lái)分析演化過(guò)程常常會(huì)得到與 DNA數(shù)據(jù)不一致的結(jié)果。研究團(tuán)隊(duì)表示，在經(jīng)歷過(guò)物種快速分化的類群里，很容易看到上述形態(tài)特征與DNA數(shù)據(jù)沖突的現(xiàn)象，不完全的譜系分流（incomplete lineage sorting，不完全譜系分選）是導(dǎo)致這種情況的原因之一。多個(gè)物種在極短的時(shí)間內(nèi)從一個(gè)共同祖先里分化出來(lái)，使得某些祖先基因的多態(tài)性被隨機(jī)分流到分化出的不同物種里，從而使得多個(gè)物種隨機(jī)保留了相同的基因型。

以人、黑猩猩和大猩猩為例。我們都知道，相較于大猩猩，人類與黑猩猩的親緣關(guān)系更近。以水果來(lái)比作基因型的話，三者共同祖先具有較高的遺傳多樣性，也就是有多種水果，大猩猩在第一次分化后弄丟了其他水果，只剩下了香蕉，而人和黑猩猩的共同祖先則繼承了香蕉和蘋果。第二次物種分化的時(shí)候，人隨機(jī)的遺失了蘋果，留下了香蕉，黑猩猩隨機(jī)的遺失了香蕉，留下了蘋果。這樣一來(lái)，人雖然和黑猩猩更近緣，但基因組里卻有約15%的區(qū)域跟大猩猩更相似！

不完全的譜系分流示意圖（馮少鴻等繪）

這是可以解釋物種部分形態(tài)特征的相似度與物種演化歷程存在出入的原因之一，但卻一直沒(méi)有研究說(shuō)明這種現(xiàn)象對(duì)性狀的演化是否存在影響。

形態(tài)相似，卻非親戚

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為此，研究團(tuán)隊(duì)利用有袋類動(dòng)物（小山猴、袋鼠、考拉等）開(kāi)展了研究。這一類群很可能經(jīng)歷過(guò)物種快速分化，導(dǎo)致早期演化關(guān)系，特別是南美有袋類微獸目（Microbiotheria）的演化地位長(zhǎng)期存在著爭(zhēng)議。

小山猴（Roberto F. Nespolo攝）

小山猴是南美有袋類微獸目唯一的現(xiàn)存物種，其作為南美洲的有袋類動(dòng)物，卻在骨骼、生殖器官和大腦結(jié)構(gòu)等諸多方面與澳洲的有袋類動(dòng)物更相似，尤其是袋鼠、考拉等雙門齒目動(dòng)物。正是由于這種形態(tài)的相似性，早前基于外形特征而推定的演化關(guān)系認(rèn)為小山猴和雙門齒目的袋鼠、考拉更近緣，進(jìn)而推測(cè)小山猴應(yīng)起源于澳洲。然而，本研究利用小山猴和其他有袋類動(dòng)物的全基因組數(shù)據(jù)，證明小山猴應(yīng)該是澳洲所有有袋類動(dòng)物的姐妹群，也就是它和是澳洲有袋類有共同祖先但不屬于澳洲有袋類。過(guò)去錯(cuò)誤的觀點(diǎn)可能就是由于不完全譜系分流導(dǎo)致的，祖先基因型的隨機(jī)分配，偶然地讓兩個(gè)親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的物種繼承了相同的基因型。