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大约7亿多年前的远古海洋，迎来了一个影响深远的转变。一团细胞结合、形成了地球上最原始的多细胞动物。经过一段较为平淡的过渡期，又一个重要瞬间到来了：超过5亿年前，动物界的进化树上首次出现分支，其中一支此后逐步进化出了所有其他动物，从已灭绝的恐龙到今天的我们都属于这一支；而分出去的另一支则是所有其他动物的姊妹群。
一个多世纪以来，动物起源过程中的关键问题始终困扰着科学家们：动物进化树最早的分支，究竟诞生了怎样的动物？
科学家们从今天的众多物种出发，试图沿着生命之树回溯到最基干的位置，破解这道迷人的难题。在之前的研究里，他们已经从众多动物类群中圈定了两个候选答案：海绵（poriferans）和栉水母（ctenophores）。
▲（a）两种假说分别认为栉水母（左）和海绵（右）是其他所有动物的姊妹群；（b）栉水母；（c）海绵（图片来源：参考资料[1]）其中，海绵是一类有些“懒惰”的原始动物。经过自由游动的幼虫阶段之后，它们会固着在海底生活。自然地，海绵获取食物的方式也很被动：它们通过身体的无数个小孔从海水中滤食，并完成呼吸、排泄。更夸张的是，海绵没有神经元，也没有肌肉细胞。这些极其原始的特性，使得海绵在很长一段时间内都被认为是最古老动物分支的头号热门。▲一种于2019年发现的海绵（图片来源：Monterey Bay Aquarium Research Institute）与海绵相比，栉水母显得主动得多。这种呈椭圆形，形似凝胶的半透明动物在海水中随着水流游动，通过触手上的黏液捕食浮游生物。栉水母的神经系统非常独特，不久前的一篇《科学》论文就指出，栉水母拥有与其他动物完全不同的神经网络结构，很可能是独立进化的结果。（更多阅读：《科学》封面：再度改写教科书！这种幻彩生物，刷新神经科学基础理论）正是这两种“一动一静”的动物，向“最古老动物分支”的头衔发起了争夺。由于这两类动物迥异的生理差异，头衔的最终归属对于理解动物基本特征的进化有着重要意义。不过，要明确这个分支却绝非易事。这些前寒武纪的化石十分罕见。近年来，基于DNA测序，科学家可以通过系统发育学工具比较不同动物共享的序列，从而构建出进化谱系。利用这种方法，有研究发现海绵与其他动物共享了一些特定基因，因此提出栉水母可能是所有其他现存动物的姊妹群。不过这类研究仍不足以下定论，不同研究得出的结果也存在分歧。在发表于《自然》杂志的最新研究中，一支联合研究团队通过全新的研究手段为延续百年的争议给出了迄今最为明确的答案：栉水母才是动物进化树上最早的分支。换句话说，它们是所有其他现存动物的姊妹群。“所有动物的共同祖先可能生活在6亿或7亿年前，但我们很难知道它们是什么样的，因为这些软体动物难以留下直接的化石记录。好在，我们可以通过不同现生动物的比较来了解我们的共同祖先，”论文共同通讯作者，加州大学伯克利分校的Daniel Rokhsar教授表示，“令人兴奋的是，通过基因组的测序，我们深入回溯到没有化石记录的时间点，从而理解这些远古祖先。”▲一种名为Hormiphora californensis的栉水母（图片来源：Monterey Bay Aquarium Research Institute）我们知道，动物的基因按照一定的顺序在染色体上排列。以往的研究比较的是单个基因，但在进化过程中，单个基因序列的位置容易发生改变。相比之下，特定染色体上基因连锁要稳定得多：两个基因位置足够近时，在遗传时也会留在同一条染色体上。一旦染色体很罕见地融合在一起，基因就会进入新的染色体——这个过程在很大程度上是不可逆的，就像是将一把绿豆和一把红豆混合在一起后，自然情况下无法再分开。因此，相较于以往对单个基因的测序，染色体尺度的基因连锁可以更准确地复原进化路径。这正是最新研究的突破口。2021年，第一种栉水母的染色体结构出炉。在此基础上，最新研究又对另一种栉水母和两种海绵进行了染色体测序，此外测序对象还包括3种不属于动物谱系的单细胞生物，分别是一种领鞭虫、一种阿米巴原虫和一种感染鱼类的寄生虫。测序结果包含了染色体尺度基因连锁的关键信息，即它们在染色体上的位置。根据测序结果和数据分析，栉水母和上述3种单细胞生物共享同样的基因连锁模式。研究团队在不同的染色体上确认了14组基因。但在海绵中，这些基因发生了融合及重排，而这种模式同样在其他动物中出现。▲基因连锁分析确认栉水母是最早的动物分支（图片来源：参考资料[1]）这样一来，海绵与栉水母的相对位置变得清晰了。在其他动物出现染色体重排之前，栉水母的分支就已经形成了——它们是最早的动物分支以及所有其他动物的姊妹群。相反，海绵与其他动物共享了重排模式，它们在栉水母之后再形成了进化分支。一旦最新结论得到确认，科学家也将对神经细胞进化等一系列问题提出新的思考。“这意味着神经元样的细胞很可能比预期早1亿年就进化出来了，” 论文第一作者Darrin Schultz博士表示，而较晚分离出去的海绵则很可能在进化过程中丢失了神经元。“我们开发了一种新的方法来深入理解动物起源。利用遗传学手段，我们在数亿年的时间内进行了追溯，以获得最有力的证据，从而回答关于动物进化最早事件的基本问题，” Schultz博士说，“这一发现将为科学界更好地理解动物（以及人类）的进化方式奠定基础。”[1] Schultz, D.T., Haddock, S.H.D., Bredeson, J.V. et al. Ancient gene linkages support ctenophores as sister to other animals. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05936-6[2] What did the earliest animals look like? Retrieved May 17, 2023 from https://www.eurekalert.org/news-releases/989327[3] Genetic research offers new perspective on the early evolution of animals. Retrieved May 17, 2023 from https://www.eurekalert.org/news-releases/989226[4] Comb jelly ancestor may have been first animal to branch from tree of life. Retrieved May 17, 2023 from https://www.science.org/content/article/comb-jelly-ancestor-may-have-been-first-animal-branch-tree-life本文来自药明康德内容微信团队，欢迎转发到朋友圈，谢绝转载到其他平台。如有开设白名单需求，请在“学术经纬”公众号主页回复“转载”获取转载须知。其他合作需求，请联系wuxi_media@wuxiapptec.com。
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