鳥(niǎo)類是恐龍的后裔。所有其他類群的恐龍?jiān)诎讏准o(jì)末期的大滅絕事件中走向了終結(jié)，但絕大多數(shù)現(xiàn)生鳥(niǎo)類的祖先卻在不到1000萬(wàn)年時(shí)間里快速繁衍，分化出非常多的新類群，堪稱演化奇跡。
在過(guò)去一個(gè)多世紀(jì)里，現(xiàn)生鳥(niǎo)類家譜的內(nèi)部關(guān)系問(wèn)題一直懸而未決，這成為構(gòu)建生命之樹(shù)的代表性難題。
4月2日，以我國(guó)科學(xué)家為發(fā)起方和主要參與方的國(guó)際鳥(niǎo)類基因組聯(lián)盟，發(fā)布了萬(wàn)種鳥(niǎo)類基因組計(jì)劃第二階段的一項(xiàng)重要研究成果，重建了現(xiàn)生鳥(niǎo)類演化的生命之樹(shù)，不僅提出了新的分類方案，也厘清了現(xiàn)生鳥(niǎo)類各類群之間的關(guān)系。相關(guān)論文發(fā)表于《自然》。
鳥(niǎo)類大爆發(fā)成“大難題”
目前，現(xiàn)生鳥(niǎo)類超過(guò)1萬(wàn)種，在生物分類學(xué)上屬于鳥(niǎo)綱中的新鳥(niǎo)亞綱，大致可以分為古顎類和今顎類兩個(gè)主要類群。
古顎類里包含了大量無(wú)法飛行的鳥(niǎo)類，今顎類則可以進(jìn)一步分為雞雁小綱與新鳥(niǎo)小綱兩大分支。古顎類包括人們熟悉的雞、鴨和雁等，今顎類則是當(dāng)今鳥(niǎo)類的主體，包括95%的現(xiàn)生鳥(niǎo)類。
論文通訊作者、浙江大學(xué)生命演化研究中心講席教授張國(guó)捷介紹，新鳥(niǎo)小綱在歷史上曾經(jīng)歷了快速的物種大爆發(fā)，在不到1000萬(wàn)年時(shí)間里分化出大量新的鳥(niǎo)類類群，基本奠定了當(dāng)下全球鳥(niǎo)類物種多樣性的格局。
“輻射性演化帶來(lái)快速的物種多樣化，使得研究新鳥(niǎo)小綱各個(gè)類群間的演化關(guān)系變得極具挑戰(zhàn)性，導(dǎo)致對(duì)現(xiàn)生鳥(niǎo)類的分類在‘目’和‘科’級(jí)別上極其混亂，缺乏統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。”張國(guó)捷指出。
快速的輻射性演化是祖先物種在較短時(shí)間內(nèi)爆發(fā)出多個(gè)物種類群的過(guò)程。論文共同作者、浙江大學(xué)生命演化研究中心研究員馮少鴻解釋，之所以會(huì)出現(xiàn)類群間親緣關(guān)系判定難題，是因?yàn)樵谶@個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)基因不完全譜系分流、分化后跨物種雜交等現(xiàn)象。因此，尋找合理有效的分析位點(diǎn)尤為重要。
2020年，國(guó)際鳥(niǎo)類基因組聯(lián)盟在《自然》發(fā)表成果，通過(guò)建立不依賴參考基因組的全基因組序列比對(duì)方法，構(gòu)建了363種鳥(niǎo)類全基因組同源序列，覆蓋了92%的現(xiàn)生鳥(niǎo)類科階元，為解析鳥(niǎo)類“科”級(jí)別系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系提供了可能。
革新鳥(niǎo)類生命之樹(shù)
在過(guò)去100多年里，鳥(niǎo)類系統(tǒng)分類學(xué)的研究人員通過(guò)不同數(shù)據(jù)類型，如形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)、線粒體數(shù)據(jù)、少量蛋白質(zhì)編碼基因序列數(shù)據(jù)和鳥(niǎo)類物種基因組數(shù)據(jù)等，對(duì)新鳥(niǎo)小綱主要類群之間的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系提出了各種觀點(diǎn)，也產(chǎn)生了許多爭(zhēng)議。
“我們的研究校正了前人的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，對(duì)演化關(guān)系進(jìn)行了較大幅度的調(diào)整。”論文共同作者、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)博士研究生陳光霽介紹，此次新的分類方案在新鳥(niǎo)小綱內(nèi)劃分出4個(gè)主要的演化支，除了已有的奇跡鳥(niǎo)類、鴿鴇類、陸鳥(niǎo)類，還提出了一個(gè)全新類群——元素鳥(niǎo)類。
元素鳥(niǎo)類因?qū)?yīng)水、土和氣3種元素而得名，既包括主要在水域活動(dòng)的企鵝、潛鳥(niǎo)、信天翁等鷺形類和鶴形類鳥(niǎo)類，也包括主要在陸地活動(dòng)的麝雉等，以及更擅長(zhǎng)在空中活動(dòng)的夜鷹和雨燕等夜鷹目鳥(niǎo)類。
過(guò)去的研究是把這幾種鳥(niǎo)類分散在不同的演化分支里，但這項(xiàng)研究表明，它們其實(shí)來(lái)自一個(gè)單系群，也就是由相同的祖先分化而來(lái)。
除了分類關(guān)系，早期新鳥(niǎo)類經(jīng)歷的快速輻射性演化發(fā)生的時(shí)間也一直備受爭(zhēng)議。鳥(niǎo)類起源和約6600萬(wàn)年前的恐龍滅絕事件有關(guān)，但到底是在滅絕事件之前還是之后，學(xué)界形成了兩種截然不同的觀點(diǎn)。
“大規(guī)模幸存”假說(shuō)認(rèn)為，新鳥(niǎo)類群的輻射性演化發(fā)生在這一大滅絕事件之前，也就是說(shuō)，新鳥(niǎo)類先發(fā)生了快速輻射演化，然后多個(gè)新鳥(niǎo)類類群在隕石撞擊引起的全球變化中幸存了下來(lái)。
另一種“大爆炸”假說(shuō)則認(rèn)為，新鳥(niǎo)類群的快速分化發(fā)生在大滅絕事件之后，得益于大滅絕事件空置出來(lái)的生態(tài)位，早期的新鳥(niǎo)類發(fā)生了快速的輻射適應(yīng)演化。
“我們構(gòu)建的鳥(niǎo)類系統(tǒng)發(fā)育時(shí)間樹(shù)支持的是‘大爆炸’假說(shuō)。”馮少鴻表示。研究還發(fā)現(xiàn)，在大滅絕事件后，早期新鳥(niǎo)類的有效種群大小急劇擴(kuò)張，堿基替換率和相對(duì)腦容量急劇上升，體重則急劇降低。“這也支持了新鳥(niǎo)類的多樣化是適應(yīng)新興生態(tài)位而發(fā)生快速輻射性演化的結(jié)果。”
增加有效數(shù)據(jù)量更關(guān)鍵
這項(xiàng)研究為了厘清現(xiàn)生鳥(niǎo)類各類群之間的關(guān)系，采用了一種比較有挑戰(zhàn)性的方案來(lái)構(gòu)建生命之樹(shù)。
陳光霽解釋，在構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的傳統(tǒng)研究中，編碼蛋白質(zhì)的序列和超保守元件等保守的基因組區(qū)域常常被選為構(gòu)建生命之樹(shù)的數(shù)據(jù)來(lái)源。但這些保守區(qū)域受到維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的選擇壓力，展現(xiàn)出極為復(fù)雜的演化模式。“我們認(rèn)為，受到選擇壓力較低的區(qū)域可能是更為適宜的研究材料，比如基因間區(qū)序列。”
于是，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了大規(guī)模跨越多物種的全基因組綜合的基因間區(qū)數(shù)據(jù)集，用于破解鳥(niǎo)類系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系之謎。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在361個(gè)鳥(niǎo)類祖先演化節(jié)點(diǎn)中，大約89%的演化節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)少量的基因間區(qū)序列得到解析，少部分的祖先節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)增加數(shù)據(jù)量的方案得到可信的演化發(fā)育關(guān)系，還有極少量的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，即使增加數(shù)據(jù)量仍然難以解析出穩(wěn)定可信的演化發(fā)育關(guān)系。
此外，在對(duì)比增加物種數(shù)量與增加數(shù)據(jù)量的方案中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，增加有效數(shù)據(jù)量比增加物種數(shù)量更為關(guān)鍵。
“從我們的研究可以看出，基因間區(qū)序列是進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系重構(gòu)分析中更為理想的選擇。而且，在大規(guī)模、大尺度演化研究中，相較于增加物種采樣量，充足的有效數(shù)據(jù)量對(duì)于解析困難節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜演化歷程至關(guān)重要。”陳光霽在分享研究經(jīng)驗(yàn)時(shí)說(shuō)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07323-1
《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2024-04-02 第1版 要聞)
（原標(biāo)題：重寫鳥(niǎo)類家譜 研究發(fā)現(xiàn)新鳥(niǎo)類群的快速分化發(fā)生在恐龍滅絕之后）
本文鏈接：最新研究重寫鳥(niǎo)類家譜，構(gòu)建鳥(niǎo)類生命之樹(shù)http://m.sq15.cn/show-11-4558-0.html
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