生物學家發現恐龍滅絕時隱藏的基因組遺產
密西根大學的研究發現了早期鳥類祖先的基因組在6,600萬年前由小行星造成的大滅絕之後發生的變化，確定了”基因組化石”，說明了DNA的重大變化。這些變化對鳥類演化至關重要，揭示了這種災難性事件如何對生物多樣性和生物體生物學產生深刻而持久的影響。
研究發現，白堊紀末期的大滅絕極大地改變了鳥類基因組，促進了當今鳥類的演化和多樣性。透過分析基因組化石和演化轉變，這項研究加深了人們對大滅絕如何塑造地球生命的理解。
6,600 萬年前，一顆小行星撞擊地球後不久，非鳥類恐龍的生命結束了，但鳥類早期祖先的演化故事卻開始了。
化石記錄告訴我們，現生鳥類的早期祖先在小行星造成的大滅絕事件之後就開始了他們的進化之旅，但研究人員並不確定他們將如何在鳥類基因組中看到這一故事的反映。現在，密西根大學的一項研究確定了大滅絕（即白堊紀末大滅絕事件）在鳥類基因組中引發的重要變化，這些變化最終促成了現生鳥類令人難以置信的多樣性。
這項研究考察了所有主要鳥類的進化軌跡，在鳥類的DNA中發現了”基因組化石”的證據，這些化石標誌著鳥類進化為1萬多個現存物種的關鍵進化步驟。該研究以開放取用文章的形式發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌上。
第一作者傑克-貝弗（Jake Berv）作為密西根大學生態學與進化生物學系的密西根生命科學研究員完成了這項研究，他說：”透過研究活著的鳥類的DNA，我們可以嘗試檢測在地球歷史上最重要的事件之一發生後剛剛發生變化的基因序列模式。
生物體的基因組由四個核苷酸分子組成，分別以字母A、T、G 和C 表示。基因組中這些核苷酸的排列順序決定了生命的”藍圖”。 DNA 代碼的演化有時會改變整個基因組中DNA 核苷酸的整體組成。這些組成的變化對於決定什麼樣的遺傳變異是可能的、有助於生物的演化潛力或演化能力至關重要。
研究人員發現，大滅絕事件引發了核苷酸組成的改變。他們還發現，這些變化似乎與鳥類的幼年發育方式、成體體型和新陳代謝有關。
例如，在大滅絕發生後的約300 萬至500 萬年間，倖存的鳥類體型趨於變小。它們也改變了幼鳥的發育方式，有更多的物種變成了”離體”的。貝弗說，這意味著它們孵化時仍處於胚胎期，需要父母餵養，可能需要數週才能羽化。像雞和火雞這樣孵化出來就能自食其力的鳥類被稱為”前社會性鳥類”。
「我們發現，成鳥的體型和孵化前的發育模式是鳥類生物學的兩個重要特徵，我們可以將它們與我們檢測到的基因變化聯繫起來。」貝弗說，他現在是密西根大學密西根社會數據與人工智慧研究所的Schmidt AI in Science 博士後研究員。
貝弗說，演化生物學和鳥類學面臨的最重大挑戰之一是弄清楚主要鳥類群體之間的關係–很難確定現生鳥類的生命樹結構。在過去的15 年裡，研究人員一直在應用越來越大的基因組資料集來試圖解決這個問題。
先前，研究人員利用基因組數據來研究鳥類基因組的演化，所使用的統計模型都有很強的假設性。這些”傳統”模型允許研究人員重建基因變化的歷史，但它們通常假設DNA 的組成，即A、T、G 和C 核苷酸的比例在整個進化史中不會發生變化。
2019 年底，貝弗開始與麻省大學生態學和進化生物學教授 Stephen Smith）合作，後者正在開發一種軟體工具，用於更密切地追蹤DNA 隨時間和生命樹不同分支的組成。有了這個工具，研究者就能放寬DNA 成分不變的假設。史密斯說，這樣一來，DNA演化的”模型”就可以在演化樹上變化，找出DNA組成可能改變的地方。
在這項新研究中，這些變化的時間集中在白堊紀末大滅絕後的大約500萬年之內。他們的研究方法也讓他們能夠估算出哪些鳥類特徵與DNA 組成的這些變化關係最為密切。
貝弗說：『這是一種重要的基因變化，我們認為可以將其與大滅絕事件聯繫起來。據我們所知，DNA組成的變化以前從未以如此明確的方式與白堊紀末大滅絕聯繫在一起”。
丹尼爾-菲爾德（Daniel Field）是美國加州大學洛杉磯分校古脊椎動物學教授。他一直對了解白堊紀末期大滅絕如何影響鳥類演化感興趣。他為大滅絕後早期鳥類的演化提供了指導。
「我們知道，大滅絕事件會極大地影響生物多樣性、生態學和生物形態。」菲爾德說：」我們的研究強調，這些滅絕事件實際上可以透過改變基因組進化方式的重要方面，對生物生物學產生更加深刻的影響。 。 “
透過放寬進化生物學中使用的典型假設，他們對鳥類早期歷史中發生的一系列事件有了更細緻的了解。
史密斯說：”我們通常不會把整個生命樹中DNA組成和模式的變化看作是在某一特定時間和地點發生了有趣事情的變化。這項研究說明，我們可能遺漏了一些東西。”
編譯自/ ScitechDaily