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[科技] 重大突破！我国科学家揭开鸟类辐射演化之谜，解决学界百年争议

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英俊的胖子 发表于 2024-4-2 16:32:22 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
火烈鸟因双腿修长、身姿优雅而闻名，但它的分类一直是困扰科学界的难题。“红鹳”，是它们的学名，长期以来它被归入“鹳形目”，但科学家通过全基因组序列比对方法，发现火烈鸟的祖先在6740万年前就与“鹳家族”分道扬镳，走上了不同的进化道路。真正与火烈鸟亲缘关系较近的，竟是一群“短腿鸟”——䴙䴘（pì tī）。
重大突破！我国科学家揭开鸟类辐射演化之谜，解决学界百年争议 第1张图片


△美洲红鹳（陈星绘）
万种鸟类基因组计划（项目简称：B10K）正在构建所有现生约10500种鸟类的基因组图谱，从全基因组水平构建所有现生鸟类物种的生命之树。4月2日，以我国科学家为主导的B10K发布了第二阶段的关于鸟类生命之树的研究成果。
△奇迹鸟类地位的重新确立示意图。左图为新的系统发育关系，右图为以往的系统发育关系，虚线与色块线条表示新旧系统发育关系的之间的变化（Josefin Stiller 和 陈光霁绘）
为鸟类“续家谱”，解决困扰学界百年的争议
分类，一直是生物学领域最具争议的话题，也是研究生物的基本方法。过去，科学家曾用形态、结构、习性等对生物进行分类。但“以貌取人”的分类方式，可能会乱点鸳鸯谱。不同祖先的生物，由于相似的生活方式、环境，它们的形态特征也可能朝着同一方向改变。
因此，化石遗存是研究生物演化、分类的重要证据。但鸟类较为特殊，鸟的骨骼结构轻薄且中空，它们化石比其他脊椎动物化石更难保存下来，而且大量的鸟类化石都是出现在古近纪之后出现，给早期新鸟类的演化研究造成比较多的困难。
重大突破！我国科学家揭开鸟类辐射演化之谜，解决学界百年争议 第2张图片


△科阶元基因组揭示鸟类演化复杂性（Jon Fjeldså、Josefin Stiller 和 陈光霁绘）
4月2日，浙江大学生命演化研究中心张国捷教授团队在国际著名学术期刊《自然》（Nature）发布最新研究成果，团队重建了现生鸟类演化的生命之树，厘清了现生鸟类各类群之间的关系，提出了新的分类方案，解决了鸟类类群关系长达一个多世纪的争议。该研究以2020年团队在Nature发布的363种鸟类的全基因组比对数据为基础，提出将现生鸟类最大的类群新鸟小纲分为四个分支的新的划分方案。
重大突破！我国科学家揭开鸟类辐射演化之谜，解决学界百年争议 第3张图片


△浙江大学张国捷团队更新鸟类生命之树（Jon Fjeldså、Josefin Stiller 和 陈光霁绘）
“新鸟小纲在历史上曾经经历了快速的物种大爆发，在不到一千万年里分化出大量的新的鸟类类群，基本奠定了当下全球鸟类物种多样性的格局。由于分化时间很短，这为我们梳理各种鸟类的演化地位，以及不同类群之间关系带来了极大的挑战。因此准确构建稳定的有可靠支撑的鸟类系统关系树成为构建生命之树领域的代表性难题。”论文通讯作者、浙江大学生命演化研究中心的讲席教授张国捷向记者介绍。
企鹅、潜鸟、信天翁都属于“元素鸟”
新鸟小纲，命名带个“小”字，其实规模不小，它是现生鸟类最为枝繁叶茂的家族，现生的鸟类有1万多种，95%都属于新鸟小纲。
重大突破！我国科学家揭开鸟类辐射演化之谜，解决学界百年争议 第4张图片


△凤头䴙䴘（陈星绘）
新的鸟类生命之树将新鸟小纲划分为四大分支。第一个分支是以火烈鸟与䴙䴘为代表的奇迹鸟类。第二大分支是包含了鸽、鸨与杜鹃的鸽鸨类。第三大分支是囊括了南鸟类和非洲禽类的陆鸟类，前者包括雀鸟、鹦鹉、叫鹤和隼等，后者包括海雕、鹰、美洲鹰和啄木鸟等。
重大突破！我国科学家揭开鸟类辐射演化之谜，解决学界百年争议 第5张图片


△奇迹鸟类包括䴙䴘目与火烈鸟目（陈星绘）
第四大分支是这次研究提出的全新类群——元素鸟类（Elementaves），这个命名源自拉丁语中的 elementum（元素）和 aves（鸟）。元素鸟类既包括了主要在水域活动的企鹅、潜鸟、信天翁等鹭形类、鹤形类鸟类，也包括了主要在陆地活动的麝雉等，还有更擅长在天空活动的夜鹰和雨燕等夜鹰目鸟类。这些在不同环境生存的鸟类，对应水、土和气三种古典元素，因此得名。过去的研究将这几类鸟类分散在不同的演化分支里，但这项研究结果表明它们其实来自一个单系群，也就是由相同的祖先分化而来。
重大突破！我国科学家揭开鸟类辐射演化之谜，解决学界百年争议 第6张图片


△元素鸟类被确认为新的单系群，分类划分变化示意图。左图为新的系统发育关系，右图为以往的系统发育关系，色块线条标注了这些类群在新分类方案和过去分类方案之间的变化，虚线表示在更高阶层的类群关系存在差异（Jon Fjeldså、Josefin Stiller 和 陈光霁绘）
新鸟类辐射演化高潮有两次
通过这项研究，奇迹鸟类作为新鸟类的基部类群的系统发育位置得以重新确认。如今，奇迹鸟家族两大代表性物种，火烈鸟和鸊鷉，呈现出迥异的外形特征。然而，研究表明它们具有较近的亲缘关系，而且它们祖先群体成为单独一支的进化方向，发生在6740万年前。此时还是白垩纪晚期，恐龙家族仍在鼎盛，整个新鸟小纲家族仍不算繁荣。
 △新的鸟类系统发育关系示意图。左图为新的系统发育关系，右图为以往的系统发育关系，虚线与色块线条表示新旧系统发育关系的之间的变化（Josefin Stiller 和 陈光霁绘）
曾有科学家推测，6500万年前希克苏鲁伯陨石撞击地球，是早期新鸟类经历的快速辐射性演化的重要因素。陨石撞击造成全球环境变化，进而造成恐龙大灭绝。空置出来的生态位，给早期的新鸟类快速的辐射演化提供了空间。
 △K-Pg灭绝事件后鸟类碱基替换率、体重和相对脑容量急剧变化（Josefin Stiller 和 陈光霁绘）
但有人提出另一种“幸存者”假说，新鸟类群的辐射性演化，发生在恐龙大灭绝之前，只是在这次环境巨变中，新鸟类幸存下来适应了新环境。
早先开展的小范围的基因分子相关研究，因其估算的分化时间范围较为宽泛，无法为新鸟类分化的时间节点提供明确证据。
重大突破！我国科学家揭开鸟类辐射演化之谜，解决学界百年争议 第7张图片


△发生于白垩纪-古近纪界限的（K–Pg）的恐龙大灭绝事件。（刘野绘）
基于本次研究构建的鸟类系统发育时间树，支持大量的新鸟类群发生快速的辐射性演化，是发生在恐龙大灭绝后。此时，早期新鸟类的有效种群大小发生了急剧扩张，碱基替换率和相对脑容量急剧上升，而体重急剧降低的一系列变化。更轻的体重，利于鸟类飞翔。更大的脑容量，让鸟类可以面临环境中更复杂的情景、更严苛的挑战。这也支持了新鸟类的多样化是适应新兴生态位而发生快速辐射性演化的假说。
重大突破！我国科学家揭开鸟类辐射演化之谜，解决学界百年争议 第8张图片


△元素鸟类，按U形从左到右依次为麝雉目、鹭形类，日鳽，鹤形总目及夜鹰目（Jon Fieldsa° 绘）
此外，本次研究还表明，新鸟类的辐射演化并非仅有这一波高潮。“我们还定位了鸟类的另一个辐射性演化事件，这一事件发生在古近纪-新近纪界线之后，距今大约2240万年，结果导致了雀形目鸟类成为了现代鸟类的第一大类群。这个类群目前有超过6000个物种。”论文共同作者、浙江大学生命演化研究中心研究员冯少鸿介绍。
解决演化难题，提高有效数据量更为关键
“在传统构建系统发育关系研究中，编码蛋白质的序列和超保守元件等保守的基因组区域常被选为构树的数据来源。但这些保守区域受到维持蛋白质结构和功能的选择压力，展现出了极为复杂的演化模式。而受到选择压力较低的区域可能是更为适宜的研究材料。”论文共同作者、中国科学院大学的博士研究生陈光霁介绍，“基因间区序列可能是更为理想的选择。我们的研究印证了这一猜想。相比增加物种数量与增加数据量的方案，提高有效数据量对解决过去的部分分支的分类难题更为关键。”
“通过生命之树我们不仅可以理解一个物种或者生物类群在何时起源、如何起源，以及起源后的演化历史，而且还为我们理解生物学现象和功能的起源和演化历史提供了可能。”张国捷教授总结说，“此次提出的新的'科'级别鸟类生命之树为我们理解所有现生一万多种鸟类的演化过程提供了基础性的分类框架，为理解全面生物多样性格局的建立奠定了基础。”
现代快报/现代+记者 是钟寅
（受访对象供图）


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精彩评论3

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沙发
零点陆壹捌 发表于 2024-4-2 20:31:05 | 只看该作者
 
还是那个问题先鸟还是先有蛋
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板凳
万嘉 发表于 2024-4-2 21:11:26 | 只看该作者
 
问题来了是先有太阳还是先有地球，是先有空气还是先有水，是先有动物还是先有植物，除了烧脑还是烧脑是先有男人还是先有女人，再加十万个为什么也回答不了吧！
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地板
人难做难做人 发表于 2024-4-2 23:11:04 | 只看该作者
 
鸟类是人类的朋友，保护好鸟类维护好地球家园，诽谤鸟类传播病毒是人类的短视行为。
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