大規模研究揭示了哺乳動物的進化知名雪橇犬Balto本尊也有參與
一個開創性的項目讓世界各地的數百名科學家揭開了哺乳動物進化的許多奧秘,這些工作可能有助於我們了解為什麼人類是獨特的,以及哪些特定的基因變化是疾病的關鍵。Zoonomia項目始於2015年,現在已經發展到包括來自50個機構的150多名研究人員,它的特點是240種差異巨大的專門哺乳動物的基因組,代表了地球上大約80%的哺乳動物家族。
當然,這個數字只是冰山一角,今天地球上有超過6000種哺乳動物。這批藏品中,有一頭大象、43種靈長類動物、53種囓齒類動物和100多種其他物種,佔所有活體哺乳動物的不到1%。
然而,這個史詩般的世界性合作項目的第一批成果在《科學》雜誌上的11篇研究報告中提出,預計接下來還會有更多的成果。
加利福尼亞大學(UC)聖克魯茲分校的生態學和進化生物學教授Beth Shapiro研究員說:”這11篇論文只是利用新的基因數據可以完成的科學類型的一個樣本。它們顯示了這些大型聯合體和基礎數據集到底有多重要。”
在這些研究中,有一項研究追踪了著名的西伯利亞哈士奇Balto的進化故事,他是一支拯救生命的狗拉雪橇隊的成員,在1925年向阿拉斯加一個被白喉擊倒的偏遠小鎮運送抗毒素。它是1995年同名動畫片的靈感來源,現在我們可以在紐約中央公園看到它的雕像。
第一作者、加州大學聖克魯茲分校的博士後研究員凱瑟琳-穆恩說:”Balto的名氣和他被製成標本的事實給了我們這個很酷的機會,讓我們在100年後看到那群雪橇犬的基因是什麼樣子,並將他與現代犬進行比較。”
通過這項研究,科學家們能夠看到Balto屬於來自西伯利亞的小型、快速和健康的雪橇犬,並且在遺傳上比現代犬種更加多樣化,可能是為了適應1920年代阿拉斯加的惡劣條件而進化出的遺傳變異。
穆恩說:”Balto有與體重、協調性、關節形成和皮膚厚度等有關的基因變異,你會期待一隻為在那種環境下奔跑而培育的狗。看到像Balto這樣的狗的進化真的很有趣,即使是在過去的100年裡,”她補充說。”Balto的種群與現代西伯利亞哈士奇不同,後者後來被培育為一種身體標準,但也與現代阿拉斯加雪橇犬不同。”
240種哺乳動物的基因組差異巨大,從只有不到20億個化學鹼基對構成其基因圖譜的普通彎翅蝙蝠,到有53億個鹼基對的毛犰狳。人類處於中間位置,只有30多億個。
對比如此多的物種,可以首次全面地觀察不同物種的進化時間表,以及它們是如何為生存而專門化的,以及哪些共同的基因一直在堅持,為科學家提供了它們在哺乳動物生存中的重要性的線索。
在另一項研究中,共同牽頭人、霍華德-休斯醫學研究所(HHMI)的科學家梅根-蘇普爾和聖地亞哥動物園野生動物聯盟的阿林-懷爾德利用國際自然保護聯盟的瀕危物种红色名錄,對該項目中的240種哺乳動物的滅絕風險進行排名。然後,他們尋找能夠解釋它們在地球上的當代地位的基因線索,然後快速而廉價地確定了那些最有可能滅絕的動物。
共同作者夏皮羅說:”我們知道我們永遠不會有足夠的保護資金,但是通過使用哪怕是一個基因組,我們就可以對物種進行分類。”
在其他地方,另一項研究看到一個合作小組研究了所有其他哺乳動物中發現的但不是人類的1萬多個基因代碼部分,以努力找出我們為什麼是一個如此特殊的品種。
高級作者、耶魯大學醫學院遺傳學助理教授史蒂文-賴利說:”通常我們認為新的生物功能必須需要新的DNA片段,但這項工作向我們表明,刪除遺傳代碼可能會導致深刻的後果,使我們作為一個物種變得獨一無二。”
科學家們在與人類獨特的疾病(包括精神分裂症和躁鬱症)有關的基因附近發現了關鍵的刪除跡象。了解這些變化為更好地理解人類疾病打開了大門,反過來,也為開發新的、有針對性的治療方法打開了大門。
他說:”[這種缺失]可以調整如何製造人類的指令的含義,幫助解釋我們更大的大腦和復雜的認知。這些工具有能力讓我們開始識別使我們作為一個物種獨特的許多小分子構件。”
在其他論文中,科學家們分離出了與一些特徵有關的基因組部分,如大腦尺寸、出色的嗅覺能力和成功的冬眠。在其他地方,科學家們發現了更多具體的線索,表明在大約6500萬年前毀滅恐龍的小行星撞擊地球之前,哺乳動物已經開始進化和多樣化,並且在它之後繼續變化,但速度更快。
研究人員希望為Zoonomia數據集添加更多的基因組,目前有一個脊椎動物的基因組項目正在進行中,預計將有超過7萬種不同的生物被繪製成基因圖。
這11篇研究論文發表在《科學》專刊上。