6600万年前,一场突如其来的灾难标志着恐龙时代的终结,也为新类群崛起奠定了道路。随着大量空白生态位的释放,唯一幸存下来的恐龙分支迅速形成了大量新物种,最终演化成了如今丰富多彩的鸟类。然而当演化生物学家试图为鸟类构建一棵生命之树时,这样的历史却带来了很大困扰。“鸟类的一个分支在短时间内爆发式演化出多个类群,导致它们的亲缘关系十分混乱。
”浙江大学生命演化研究中心的张国捷教授解释道,“鸟类各类群间的演化关系,在过去很长时间里一直有极大的争论。哪怕是用DNA数据构建的分子树,也出现了许多相互矛盾的结果。”因此,在2010年,张国捷发起了万种鸟基因组(Bird 10K Genomes,B10K)计划,希望能绘制现生鸟类的基因组图谱,构建一棵完整的鸟类数字化生命之树。
最近,B10K计划第二阶段的重大成果发表于《自然》(Nature),张国捷是通讯作者之一。研究团队根据363种鸟类的全基因组数据,重构了现生鸟类的系统发育树,为现生鸟类的分类提供了新方案。其中涉及的物种覆盖了现生鸟类92%的科一级分类单元,解决了鸟类目一级类群关系中长达一个多世纪的争议。想要避免演化事件的干扰,关键之处在于选择最合适的分析位点。
在传统研究中,通常会选择演化中变化较少的基因区域,如编码蛋白质的序列(外显子)。然而,这些区域因为受到与蛋白质结构和功能相关的选择压力,会展现出复杂的演化模式。经过长时间的比较、测试和讨论,研究团队最终锁定了不编码蛋白质,并且不会与外显子产生连锁效应的区域——基因间区序列。分析显示,这些区域可以在最大程度保留系统发育信息的同时,平衡演化效应带来的偏差,从而构建出一棵清晰、稳定的生命之树。
在这棵生命之树上,许多曾广受争议的鸟类都找到了自己的位置,例如著名的“怪鸟”麝雉。麝雉不仅长相奇特,生活习性也很奇怪:它们靠爪子在树间爬行,还是极少数以树叶为食的鸟类,曾让分类学家深受困扰。
而这一次,研究者终于可以确定,麝雉目应归类于元素鸟类,与主要在水中活动的企鹅、潜鸟、信天翁等鹭形类(Phaethoquornithes)、鹤形类(Cursorimorphae)鸟类,和更擅长在天空活动的夜鹰和雨燕等夜鹰目(Caprimulgiformes)鸟类来自同一个最近共同祖先。
“我们构建出的树就像是一张时间地图,如果你想知道某个性状的演化历史,首先需要在地图上看它在不同物种间怎么分布,才能推算出这个性状是什么时候开始出现的。”张国捷介绍道,“因此它将成为鸟类演化比较和生态研究的基础。
”事实上,就在随后发表于《自然·通讯》(Nature Communications)的一项研究中,浙江大学生命演化研究中心、良渚实验室冯少鸿团队基于B10K项目的数据,系统分析了鸟类基因组中内源性病毒序列的演化历史,并发现其中一些残留的序列可能仍在影响鸣禽大脑中的基因表达。目前,B10K项目已经收集了约5000种鸟类的全基因组数据,占全球现生鸟类的45%。
接下来,他们希望能将鸟类的生命之树细化到属一级,最终彻底破开鸟类演化的迷雾。