作者:柯溢能 李俊元 来源:浙江大学新闻网 发布时间:2024/4/7 10:31:48
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海鸥与丹顶鹤居然是近亲?浙大研究将改写教科书

 

海鸥与丹顶鹤、老鹰与猫头鹰,这几组看似“风马牛不相及”的鸟类,不久前刚认上亲。

浙江大学生命演化研究中心张国捷教授联合国内外学者,正在组织收集世界上现生一万多种鸟类的基因组及形态信息,旨在构建起鸟类物种的“生命之树”。

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正是因为这项万种鸟类基因组计划(B10K),科研人员进一步为全球鸟类的分类提供框架,揭示整个鸟纲物种的类群变化历史。

“这项工作极大地改变了教科书里对鸟类类群的分类和关系论述,并将调整博物馆对鸟类的分类整理。”张国捷说。

“盲人摸象”的错误

不同的鸟类如何起源、在哪起源?鸟类从恐龙祖先演化而来后,如何分化出只有4至5厘米大小的蜂鸟和体型庞大的鸵鸟?部分鸟类例如企鹅究竟在什么时候丢失了飞行能力,又是如何丢失的?这些问题一直困扰着全世界的科学家们。

达尔文提出共同祖先理论和自然选择学说之后,博物学家们就试图对全世界各种鸟类分类。然而,鸟类如何分类、不同鸟类之间有着怎样的亲缘关系,这些问题在过去长达一个多世纪的争论中仍旧没有定论。

尽管通过DNA分子数据成功地解决了其他许多生物类群的分类和构树难题,但面对多姿多彩的鸟类世界,科学家们依旧一筹莫展。不同的学者使用不同的数据进行建构,会给出截然不同的分类关系,基于此的研究也好像是“盲人摸象”,并不准确。这为鸟类相关的研究蒙上了一层厚厚的阴影,过去基于错误的鸟类分类关系所开展的研究,得到的许多结论可能是有问题的。

于是,张国捷联合各领域的专家学者,基于B10K计划“科”级别阶段收集的基因组数据,对全世界鸟类218个科类群构建“生命之树”,覆盖了全球所有现生鸟科的92%。

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重构生命之树的意义在哪里?

“生命之树是我们开展比较生物学研究的基础,它告诉我们一个物种从哪个祖先分支里分化出来、什么时候开始出现,也为我们推断一个生物学性状的演化提供基础。”张国捷解释道,“构建生命之树这就像在画历史地图,告诉我们在漫长的生命演化过程里,什么时间发生了什么事。”

全基因的“滴血认亲”

“界门纲目科属种”,是传统的生物学分类层级。而张国捷团队对“鸟类生命之树”的构建,则在此基础上进一步为全球鸟类的分类提供框架,揭示整个鸟纲里不同子类群的演变历史。

这次研究,团队基于更为合理的全基因组的数据,对介于不同的“目”和“科”之间的分类关系进行研究,为现存于世的所有鸟类类群进行了“滴血认亲”,提供了一套新的鸟类分类划分方案,揭示各种鸟类之间的亲缘关系,为后续的分析提供了重要基础。

张国捷团队和与合作者以基因间区比对序列数据集为基础,将6000多万年前的鸟类大爆发后“辐射性演化”产生的新鸟小纲划分为四大分类。分别是以火烈鸟为代表的奇迹鸟类,包含了鸽子与杜鹃的鸽鸨类,囊括了麻雀、鹦鹉、鹰等的陆鸟类,以及元素鸟类。

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其中元素鸟类是张国捷团队全新提出的新类群概念。

元素鸟类是一个介于“纲”和“目”之间的大类群,包含了10个“目”。既有主要在水域活动的海鸥、丹顶鹤等鹤形类鸟类与企鹅、信天翁等鹭形类鸟类,也包括世界上独一无二的、翅膀上有爪子的圭亚那国宝麝雉等主要在陆地活动的鸟类,还有擅长在天空活动的夜鹰和雨燕等夜鹰目鸟类;分别对应水、土和气三种古典元素,因此得名。

张国捷说:“新的分类系统获得了大部分基因组信息的支持,更客观的反映了一亿多年来鸟类的分化历程。这一新的鸟类生命之树,为进一步对现生所有鸟类开展分类提供了更为可信的框架体系,揭示了整个鸟纲的类群演变历史,为鸟类起源和演化规律的研究开启新征程。”

鸟类的大规模出现是在何时?

95%的现生鸟类都属于新鸟类,它们共同的祖先在历史上经历了一次物种大规模爆发,即在不到1千万年的极短时间内快速的演化出了大量的新物种。这一辐射性演化事件出现在物种大灭绝之前还是之后,科学界一直存在着两种不同的假说。

“大规模幸存”假说认为,在6600多万年以前发生的物种大灭绝事件之前,新鸟类就已经发生了快速辐射演化,并在后来剧烈的全球变化中幸存下来;而“大爆炸”假说则认为,新鸟类群的快速分化发生在大灭绝事件之后,早期的新鸟类在扩散到灭绝事件空出的新生态位后发生了快速的辐射适应演化。

奇迹鸟类(火烈鸟总目)

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鸽鸨类

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元素鸟类

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陆鸟类

部分化石证据更加支持后一种观点,但是早先开展的小范围基因分类相关研究却支持第一种观点。

而张国捷团队基于本次研究构建的鸟类系统发育树,对鸟类演化历史做了更精确的时间断代,为发生在物种大灭绝之后的“大爆炸”假说观点提供了强有力地支持。本研究还发现,新鸟类在辐射演化过程中,相对于祖先类群出现了脑容量急剧上升、体重急剧降低等一系列变化,体现出新鸟类适应恐龙大灭绝后拥有更多生存空间的特点,这也进一步支持论证了这个假说。

这项研究于北京时间4月2日凌晨发表在了国际顶级期刊《自然》上。哥本哈根大学Josefin Stiller助理教授为文章第一作者。浙江大学生命演化研究中心张国捷教授,美国加州大学圣迭戈分校Siavash Mirarab副教授与Josefin Stiller助理教授为文章的共同通讯作者。

(文 柯溢能、李俊元/图片来源于受访科研团队)

 
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