6.5亿年前，人类和其他动物的共同祖先出现那会都发生了什么？
数以百万计的动物在这个星球上游动、掘洞、奔跑和飞翔，动物王国简直是生物界最令人惊奇的“一笔”。然而，你可知从瓢虫到虎鲸，所有这些外形多样的生物体可能是由生活在6.5亿年前的共同祖先进化而来。
当下，还没有人找到这种动物的化石，所以人类无法确定它的样子。但近期，英国的2位科学家退而求其次——他们重建了动物王国多细胞鼻祖的基因组，该研究结果发表在《自然•通信》上。这一研究为动物王国的鼻祖如何“开枝散叶”出新类型动物提供了一条重要线索：随着进化，新基因不断产生而涌现出新物种。在人类基因组中的所有基因中，55％的基因已经存在于单细胞动物鼻祖的体内，而在我们的单细胞鼻祖转变成多细胞复杂有机体的过程中，那些新基因可能发挥了至关重要的作用。
埃塞克斯大学的进化生物学家、文章的共同作者诺尔迪•帕普斯（Jordi Paps）和牛津大学的动物学家彼德•奥兰博士（Peter W. H. Holland）通过研究动物家族树相识。动物家族树研究表明，脊椎动物、鸟类、爬行动物和鱼类等物种都属于一个分支。人类亲缘关系最近的无脊椎动物包括海星等生物，而水母和海绵则是人类亲缘关系最远的表亲之一。
研究人员还确定了与动物王国的鼻祖亲缘关系最近的单细胞物种——那些个微小以吞食细菌的水生原生动物。
从以上分支范围内，研究人员挑选了包括人类在内的62种物种、近150万个基因进行了仔细研究。他们搜寻所有这些有机体的DNA，对所有编码蛋白质的基因进行分类（人类有大约20000个蛋白质编码基因），进而推测那些共同的基因是什么时候发生了进化，得以大大丰富了整个动物基因库。
举例来说，人类和鲨鱼使用几乎相同的基因编码制造血红蛋白，这意味着血红蛋白基因已经存在于他们共同祖先的体内，但血红蛋白基因在动物物种的远亲体内则无法找到，例如海绵。所以这个基因有可能是在早期脊椎动物体内进化出现的，但是远远晚于动物涌现早期的动物出现的时间。虽然像编码血红蛋白类似基因的进化出现的时间相当晚，但是动物体内也有相当数量的基因出现的时间相当早。
另外，有些基因在动物还没涌现之前就已经形成，而其中有些基因对所有物种的基本生存至关重要——比如复制DNA的相关基因——这些基因在数十亿年前就开始出现，其他基因则在后来陆续出现。时至今日，我们仍然能够在与人类亲缘关系较近的单细胞物种中找到这些基因。这一研究证实，正是进化赋予了基因新的作用。
举例来说，单细胞原生动物利用一些基因来制造蛋白质，令其与微小的菌落粘连在一起。而对多细胞动物来说，这样的基因则能够帮助细胞永久的“粘合”在一起，而这正是动物机体发育的必要条件。单细胞鼻祖这些基因为多细胞动物形成奠定了基础。
研究人员发现了存在于当前所有动物体内的6331个基因，这些基因应该来自共同祖先，但动物涌现时期鼻祖体内1189个基因目前已经无法在与人类亲缘关系最近的单细胞动物体内找到，那这1189个基因一定是在单细胞原生动物体内进化而成。
帕普斯博士表示，这些进化至少通过两种方式发生：有时随机的一串没有功能的DNA发生突变后开始产生一种新蛋白质；或者现有的功能基因可能会被意外复制，其中一个拷贝可能发生累积突变，最终它产生了一种新的蛋白质，而另外一个单拷贝并未发生突变继续发挥原来的作用。
通过进化获得的新DNA并不会被随机分配新的角色。相反，许多新基因在构建和运行生物体中扮演着至关重要的角色，例如制造用于向其他细胞发送信号的蛋白质。
帕普斯博士和奥兰博士还发现：原生动物体内进化后形成的许多基因都与癌症密切相关。他们发现，原生动物体进化形成的许多基因发挥着使细胞高度协调、一起工作的作用，如果它们发生变异，细胞可能会失控。
巴塞罗那生物学研究所的生物学家英纳基•鲁兹•特里洛（Inaki Ruiz-Trillo）表示：“涌现的新基因可能奠定了动物涌现时期动物的一个基本特征，同时，通过这些新基因可以区分各类动物。”
帕普斯博士推测道，新基因的涌现可能出现在动物王国出现的早期动物体内，那时环境以某种方式引发了大量的基因突变；但也存在另一种可能，即原生动物在数亿年内逐渐积累了所有这些新基因——但这是科学家们通过研究生物物种尚无法证明的一段进化历史。
本文作者：卡尔•齐默（Carl Zimmer）
资料来源：
The Very First Animal Appeared Amid an Explosion of DNA（The New York Times）
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