人類和鴨嘴獸可能擁有共同祖先！中外科學家近日首次成功構建出所有現生哺乳動物共同祖先的基因組圖譜，成果已在《自然》雜誌發表。
撰文/記者 吉菁菁 新媒體編輯/房永珍
和人類一樣，鴨嘴獸也是哺乳動物，且是最原始的哺乳動物之一。它長相奇特，種類極少，未完全進化。但是，你能想象到嗎？假如穿越到1.8億年前，偶遇一個從蛋殼裏“破殼而出”的酷似老鼠的動物，它極有可能就是鴨嘴獸和人類的共同祖先。
▲進食中的鴨嘴獸。（供圖：華大基因）
近日，中外科學家通力合作，首次成功構建出了包括人在內的所有現生哺乳動物共同祖先的基因組圖譜，以該研究團隊獲得的鴨嘴獸、針鼴等哺乳動物的高質量基因組數據為基礎，比較人、有袋類動物、鳥和爬行動物等多種動物的基因組數據，最終追根溯源，獲得了我們距今大約1.8億年前的早期哺乳動物祖先的基因組演化信息。該重量級成果已發表於英國著名的《自然》雜誌。
▲哺乳動物染色體演化歷程簡圖（周暘等 繪）
“我們這次構建出的哺乳動物祖先序列對於理解包括人在內的哺乳類如何發生輻射性的適應演化，提供了重要的參考信息。”論文第一作者，丹麥哥本哈根大學和深圳華大生命科學研究院聯合培養的周暘博士表示，“現代人有46條染色體，而我們和鴨嘴獸的共同祖先很可能有60條染色體，這些染色體經過了很多次的變異才形成了今天的狀態。”
“鴨嘴獸和針鼴等單孔類哺乳動物是非常古老的類羣，它們與其他所有現生哺乳動物在演化上是姐妹羣的關係，並於約1.8億年前與其他哺乳動物分化開來。它們的基因組數據可以幫助我們瞭解1.8億年前哺乳動物的共同祖先，以及這1.8億年間不同哺乳動物類羣在演化過程中各自發生了什麼變化。”論文的通訊作者之一，澳大利亞的弗朗克·格魯茲納教授説。
該研究還揭示了哺乳動物性別染色體演化的出人意料的複雜模式。為什麼擁有同一個祖先的人類和鴨嘴獸，後來卻“越長越不像”了？
論文的另一位通訊作者，浙江大學生命科學研究院的周琦教授解釋：“我們都知道，人和其他絕大多數哺乳動物通過X和Y兩條染色體決定性別。XY染色體決定了雄性，XX則對應雌性。但我們研究顯示，單孔類的性染色體與包括人在內的大多數哺乳動物的性染色體沒有任何同源關係，反而和鳥類更接近。也就是説，我們與鴨嘴獸是在祖先分歧之後，大約數千萬年內各自獨立演化出了不同的性染色體系統。”
▲多對性染色體的起源示意圖，染色體之間多次發生了轉座易位事件（周暘繪）
“事實上，鴨嘴獸有5對性染色體，也就是10條。而我們只有1對，也就是2條。”周暘補充説，“單孔類的性染色體很可能經過了非常複雜的演化。”
此外，該研究成果還揭示了鴨嘴獸和針鼴在演化過程中發生的一系列特殊事件。像它們這樣的單孔目一類卵生哺乳動物，較爬行類和鳥類來説丟掉了一些基因，但仍保留着部分參與到卵形成的基因：如編碼參與到卵黃營養物質運輸過程分子的vitellogenin卵黃蛋白原基因；而這些基因在人、考拉等哺乳動物中已經完全丟失。同時單孔目物種已經擁有了一些參與到泌乳過程的基因，如乳汁中主要成分之一的酪蛋白的casein酪蛋白基因。這説明這些泌乳相關的基因是從所有現生哺乳動物的祖先開始演化形成。
▲針鼴（Ken Hurley供圖）
成年鴨嘴獸和針鼴跟雞一樣沒有牙齒，它們的胃也基本已經退化了。為什麼會這樣？
從分子機制上研究團隊找到了答案：許多牙齒和胃發育相關的基因在鴨嘴獸和針鼴都丟失了。比如參與到牙齒生長過程中牙齒形成、生長以及牙釉基質礦質化的odontogenic ameloblast-associated基因，以及引導ATP酶將氫離子泵入胃中、刺激胃酸分泌過程的gastrin胃泌素基因，這兩個基因在兩個單孔目中都已經發生了丟失。
“通過最新的測序技術結合分子標記圖譜，我們可以獲得質量更高的染色體級別的基因組數據，通過我們建立的算法，可以很系統地開展比較分析，幫助我們更好地理解物種演化過程中的分子機制。”該研究的通訊作者，深圳華大生命科學研究院、中國科學院昆明動物研究所及丹麥哥本哈根大學的張國捷教授總結説，“這一研究不僅揭示了精細的染色體結構變異過程如何影響哺乳動物早期演化過程，同時也解答了許多單孔目物種這一特殊哺乳動物類羣許多特殊生物學性狀的產生機制。”