进化生物学是一门研究生物种群演化和生物多样性起源、发展和演变规律的学科。多年来，随着生物技术的发展、数据采集技术的进步以及基因组学、比较形态学、分子进化等领域的不断发展，进化生物学在理论和实践方面都取得了巨大的进展。 在理论方面，进化生物学以达尔文的进化论为基础，逐渐形成了包括自然选择、遗传漂变、基因流、突变、群体遗传等多个学科领域。其中，群体遗传学的出现，使人们对于群体演化机制的理解更加深入，从而揭示了许多生物演化历史中的奥秘。 在实践方面，进化生物学也得到了广泛应用。例如，通过构建物种间亲缘关系树，使得我们可以推断物种之间的演化历史，并预测未来的演化趋势。此外，进化生物学还有着广泛的应用，如药物研发、农业生产、环境保护等方面。 总之，进化生物学在过去几十年中，通过跨学科的合作与发展，逐渐形成了比较完整的理论体系和实践应用领域，对于人类认识生命进化历程、保护生物多样性、提高人类生存质量等方面都有着重要作用。 然而，生物进化中还有许多未解之谜！ 进化生物学中的一个重要问题是：海绵或栉水母是否是其他动物的最早祖先？这个问题很难回答，因为传统研究方法无法明确解答。
在本周发表在《自然》杂志上的一项新研究中，研究人员通过开发染色体规模基因连锁分析来解决这个问题。研究人员报道了新的染色体规模基因组数据，包括两种海绵和一种栉水母，以及三种单细胞亲属的新基因组，这些数据作为系统发育分析所需的外部数据。 研究结果表明，栉水母与其他所有动物不同，而海绵与双边动物、卷毛动物和扁壳动物有共同的染色体特征。这表明海绵等动物可能有着类似的进化历史，而栉水母则可能是它们在进化过程中分支演化出的独立群体。这些研究结果提供了新的理解动物进化的框架，对我们更好地理解动物进化具有启示意义。
一个多世纪以来，生物学家一直想知道最早的动物在5亿年前首次出现在远古海洋时是什么样子的。 在今天看起来最原始的动物中寻找生命树的最早分支，科学家们逐渐将可能性缩小到两类: 海绵动物，它们整个成年生活在一个地方，从海水中过滤食物; 梳子水母（栉水母），贪婪的掠食者，划船穿越世界各地的海洋寻找食物。 在该研究中，研究人员利用一种基于染色体结构的新方法得出了一个明确的答案: 梳状水母，或者叫做栉水母(een’-a-fores) ，是从动物树上分支出来的第一个谱系。接下来是海绵，其次是所有其他动物的多样化，包括人类的血统。栉水母它并不是真正的水母，是一类两胚层动物，属辐射对称动物。栉水母看起来简直就像是来自另一个星球的生物。即使名字与外表看起来与水母都有几分相似，但是栉水母跟水母可是完全不同的生物。半透明的栉水母因为像是闪耀着彩虹的梳子而得名.
尽管研究人员确定栉水母谱系在海绵之前就已经分支了，但是这两类动物都继续从它们的共同祖先进化而来。然而，进化生物学家认为，这些群体仍然与最早期的动物具有相同的特征，研究这些动物生命树的早期分支，可以揭示动物是如何产生和进化到我们今天看到的物种多样性的。 “所有动物的最近共同祖先可能生活在6亿或7亿年前。很难知道它们是什么样的，因为它们是软体动物，没有留下直接的化石记录。但是我们可以通过对现存动物的比较来了解我们共同的祖先,”加州大学伯克利分校分子和细胞生物学教授 Daniel Rokhsar 说，他与维也纳大学的 Darrin Schultz 和 Oleg Simakov 共同撰写了这篇论文。“这很令人兴奋——我们正在回顾过去，那时我们没有希望获得化石，但通过比较基因组，我们正在了解这些非常早期的祖先。”
研究人员说，了解动物血统之间的关系将有助于科学家了解动物生物学的关键特征，如神经系统、肌肉和消化道是如何随着时间进化的。 “我们开发了一种新的方法，可以最深入地了解动物生命的起源,”该研究报告的第一作者、加州大学圣克鲁兹分校前研究生、蒙特雷湾水族馆研究所(MBARI)研究员舒尔茨说，他现在是维也纳大学的一名博士后。“这一发现将为科学界开始更好地理解动物是如何进化的奠定基础。”
动物是什么？ 大多数我们熟悉的动物，包括蠕虫、苍蝇、软体动物、海星和脊椎动物——包括人类——都有一个集中的大脑，一个从嘴到肛门的肠道，肌肉和其他共同的特征，这些特征在大约5亿年前著名的“寒武纪大爆发”时期就已经进化出来了。这些动物一起被称为双足动物。 然而，其他真正的动物，如水母，海葵，海绵和栉水母，有更简单的身体计划。这些生物缺乏许多双侧特征——例如，它们缺乏明确的大脑，甚至可能没有神经系统或肌肉——但仍然具有动物生命的特征，尤其是从受精卵发育出的多细胞体。 这些不同生物之间的进化关系——具体来说，就是每个谱系从生命树的主干分支出来的顺序——一直存在争议。 随着 DNA 测序的兴起，生物学家能够比较动物共有的基因序列，从而构建一个家谱，说明自最早的动物出现在前寒武纪以来，动物及其基因是如何随时间演化的。 但是，这些基于基因序列的系统发育方法未能解决海绵或梳状水母是动物树的最早分支的争议，部分原因是它们的分歧具有深远的历史渊源，Rokhsar 说。 “复杂的基于序列的研究结果基本上是分裂的,”他说。“一些研究人员进行了精心设计的分析，发现海绵首先分枝。其他人做了同样复杂和合理的研究，得到了栉水母。到目前为止，还没有找到任何明确的答案。” 海绵看起来很原始。在它们自由游动的幼虫阶段之后，它们定居下来，通常停留在一个地方，轻轻地将水从它们的毛孔中扫过，捕捉溶解在海水中的小食物颗粒。它们没有神经或肌肉，尽管它们坚硬的部分在洗澡时可以做很好的洗涤器。 Rokhsar 说: “传统上，海绵被广泛认为是现存最早的动物分支，因为海绵没有神经系统，没有肌肉，它们看起来有点像某些单细胞原生动物的殖民版本。”。“因此，这是一个很好的故事: 首先出现了单细胞原生动物，然后这种细胞的海绵状多细胞联盟进化成为今天所有动物多样性的祖先。在这种情况下，海绵谱系保留了动物祖先的许多特征，这些特征通向所有其他动物的分支，包括我们人类。进化出神经元、神经、肌肉和内脏，以及我们所知道和喜爱的所有这些动物生命其余部分的特征。海绵看起来很原始，因为它们没有这些特征。” 最早的动物谱系的另一个候选物种是梳状水母，它们是许多水族馆中常见的动物。虽然它们表面上看起来像水母——它们通常有钟状的形状，虽然有两个裂片，不像水母，通常有触须——但它们只是远亲。当水母在水中喷射的时候，栉水母用八排像梳子一样排列在身体两侧的跳动的纤毛来推动自己。沿着加利福尼亚海岸，一种常见的栉水母是直径1英寸的海醋栗。
染色体拯救世界 为了弄清楚海绵体或者栉水母是否是动物最早的分支，这项新的研究依赖于一个不太可能的特征: 基因组成染色体。每个物种都有一个特征性的染色体数目——人类有23对染色体——以及沿着染色体的特征性基因分布。 Rokhsar，Simakov 和他的合作者之前已经证明海绵动物，水母和许多其他无脊椎动物的染色体携带相似的基因组，尽管经过了超过5亿年的独立进化。这一发现表明，许多动物的染色体进化缓慢，并允许该团队计算重建这些不同动物的共同祖先的染色体。 但是，直到2021年，当舒尔茨——当时是加州大学圣克鲁斯分校的研究生——和他的合作顾问，加州大学圣克鲁斯分校的理查德 · 格林和加州大学圣克鲁斯分校和加州大学圣克鲁斯分校的史蒂文 · 哈多克确定了栉水母的染色体结构时，人们才知道栉水母的染色体结构。Rokhsar 说，它看起来与其他动物非常不同，这让人感到困惑。 Rokhsar 解释说: “一开始，我们不能确定栉水母染色体是否与其他动物的染色体不同，仅仅是因为它们在数亿年的时间里发生了很大的变化。”。“或者，它们可能会有所不同，因为它们在所有其他动物血统出现之前，就已经开始分支了。我们需要弄清楚。” 研究人员联合测序了另一种梳状果冻和海绵的基因组，以及动物谱系之外的三种单细胞生物: 一种领鞭毛虫、一种鱼形变形虫和一种被称为鱼孢子虫的鱼类寄生虫。这些非动物的粗略基因组序列已经存在，但它们不包含染色体规模基因连锁所需的关键信息: 它们在染色体上的位置。 确凿的证据 值得注意的是，当研究小组比较这些不同动物和非动物的染色体时，他们发现栉水母和非动物共享特定的基因-染色体组合，而海绵动物和其他动物的染色体则以截然不同的方式重新排列。 “这就是确凿的证据——我们发现海绵动物和非栉水母动物共有的一些重排。相比之下，栉水母则与非动物相似。最简单的解释是，栉水母在重排发生之前就分支了。”他说。 “这一古老进化事件的指纹仍然存在于数亿年后的动物基因组中,”舒尔茨说。“这项研究... ... 为我们理解是什么使动物成为动物提供了背景。这项工作将帮助我们理解我们共有的基本功能，比如它们如何感知周围环境、如何进食以及如何移动。” Rokhsar 强调，研究小组的结论是建立在五组基因-染色体组合的基础上的。 “我们发现了一个非常古老的染色体信号的遗迹,”他说。“我们花了一些统计学上的工作来说服自己，这确实是一个清晰的信号，而不仅仅是随机噪音，因为我们正在处理的是相对较小的基因群，可能是动物和非动物之间10亿年的差异。但是信号就在那里，并且强烈支持“栉水母分支优先”的情况。另一种海绵优先假说成立的唯一可能性是，海绵动物和非海绵动物都发生了多重收敛性重排，但这种可能性很小。” 【1】原文链接：点击本文底部左下角“ |
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