基因组测序揭穿名不副实的“活化石”

　　

生物通报道：冲绳科学技术研究院大学(OIST)、名古屋大学和东京大学的科学家们首次破解了“活化石”海豆芽（Lingula anatina）的基因组。他们分析了海豆芽基因组的三万四千多个基因，发现海豆芽的基因组一直在积极的进化，并不能称为活化石。这项研究发表在九月十八日的Nature Communications杂志上。

活化石（并不是）

腕足动物（Brachiopods）是生活在海底的一大类有壳无脊椎动物，很容易与软体动物（Molluscs）搞混。事实上，腕足动物和软体动物只是表面上相似。蛤蚌、贻贝等双壳软体动物的壳瓣位于两侧，而腕足动物的壳瓣位于上下。双壳动物的两个壳大小相同，彼此对称互为镜像。腕足动物的两个壳大小不等，每个壳自身左右对称。

腕足动物是最早进行生物矿化的动物，它们通过这一过程用矿物质硬化自己的组织。腕足动物的化石最早可以追溯到寒武纪早期，大约五亿两千万年前。很快腕足动物就遍布世界各地并且统治了古生代（五亿四千二百万年-两亿五千一百万年前）的海洋。凭借自己的矿物化外壳，腕足动物留下了丰富的化石。

从志留纪（四亿四千三百万年-四亿一千九百万年前）至今，海豆芽在外表上几乎没有什么变化，因此达尔文将其称为“活化石”。人们普遍认为这种动物并没有进化多少，但这项新研究表明事实并非如此。

软体动物的表亲

腕足动物的进化起源及其与其他物种的关系，多年来一直存在争议。科学家们无法确定腕足动物和软体动物的系统学位置，以及它们和其他冠轮动物（Lophotrochozoans）的亲缘关系，包括分节蠕虫、蛤蚌、牡蛎、蜗牛、鱿鱼等等。

冠轮动物是动物界中的一大分支，包括许多不同的动物门类。目前主要分为三个支系：由软体动物、环节动物、纽形动物、腕足动物、帚虫动物和星虫动物门组成的担轮动物（Trochozoa）；由环口动物、内肛动物和苔藓动物门组成的群居虫类（Polyzoa）；以及由许多小动物门类组成的扁形动物（Platyzoa）。

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研究人员对海豆芽基因组进行了系统发育分析。研究显示，海豆芽是软体动物的近亲，和分节蠕虫的亲缘关系较远。不过它们和其他冠轮动物的关系还有待于进一步的研究。（延伸阅读：三篇Science解开达尔文的“恼人之谜”）

“在分子水平上，腕足动物与软体动物非常相似，都属于原口动物（Protostomes）。原口动物（包括软体动物）的胚胎先形成口再形成肛门，但腕足动物的胚胎发育更像是后口动物（Deuterostomes），胚胎先形成肛门再形成口，”文章的第一作者Yi-Jyun Luo说，“海豆芽的基因组研究可以帮助人们进一步理解这些差异，阐明特定基因在腕足动物身体结构发育中起到的作用。”

名不副实

“活化石”是指那些与其祖先（已经变成化石）非常相似的生物，这种相似不仅表现在外观上，也体现在基因组水平上。举例来说，包括腔棘鱼在内的一些“活化石”，分子进化的速度非常缓慢。然而，海豆芽外表看起来虽然没什么改变，但其基因组是快速演化的。

研究人员指出，活海豆芽壳与化石壳的化学结构差异显著。他们对海豆芽化石进行软组织分析，发现海豆芽形态其实也发生了改变。基因组分析表明，海豆芽的基因组结构和基因家族也存在显著的变化。这些证据说明海豆芽根本算不上是“活化石”。不过，海豆芽的基础代谢相关基因，在冠轮动物中进化得最慢。

平行进化

尽管脊椎动物和海豆芽在进化树上相聚甚远，但它们都使用磷酸钙和胶原纤维进行生物矿化，这是动物进化领域的最大谜题之一。研究人员对脊椎动物和海豆芽的基因组进行了比较分析。他们发现海豆芽缺乏骨骼形成基因，而且胶原纤维的类型也和脊椎动物完全不同。这意味着海豆芽和脊椎动物是独立进化的，它们通过不同的机制形成坚硬组织。这是平行进化的一个有趣实例。

海豆芽基因组研究不仅为人们展示了腕足动物和冠轮动物的进化史，也揭示了生物矿化的起源。领导这项研究的Noriyuki Satoh教授指出，“这是破解动物进化秘密的重要一步。这项研究表明，许多动物选择了彼此独立的进化道路。”

 

生物通编辑：叶予

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The Lingula genome provides insights into brachiopod evolution and the origin of phosphate biomineralization