自19世纪以来,许多科学家将海绵为世界上第一个动物。 然而,现代基因组学研究认为栉水母才是地球上第一个出现的动物
动物生命之树必须从某个地方开始。不过,在如此纠结的树冠中找到原始分支比听起来要难。对基因组数据的新分析表明,运行最久的分支一直在误导着我们。
自19世纪以来,许多科学家将海绵-存在的最简单的生物之一-展示为世界上第一个动物。 然而,现代基因组学研究已经将这种无肌肉,无神经和无器官的斑点与更加复杂的生物相提并论。栉水母包含一个小门,称为奇异栉水母(Ctenophora),但与多孔动物门(Porifera海绵属门)不同--这些球状生物表现出更高级的特征,包括神经元和检测的肌肉细胞食用猎物,以及消化的肠道。
如果栉水母真的先出现,则意味着它们的许多特征随后在多孔动物门Porifera中消失了,后来又发展了。尽管这听起来可能是完全不合逻辑的,但这并不是完全不可能的,尽管它确实威胁着改变我们对早期动物进化和神经系统本身发展的理解。
爱尔兰都柏林三一学院的遗传学家安东尼·雷德蒙德(Anthony Redmond)解释说:“这种复杂的特征似乎不可能独立地进化两次,但是进化并不总是遵循简单的道路。”
“例如,鸟类和蝙蝠之间有着遥远的联系,但是它们具有独立进化的翅膀可以飞行。”
近年来,一些将基因分成较小组进行比较的模型发现,栉水母比海绵具有更大的系统发育信号,这表明这些动物首先进化并存在。
使用相同的数据,其他没有对基因进行划分但依赖于更大的超级矩阵的模型也揭示了完全相反的时间轴,海绵比栉水母更早到达现场。
这两种方法都有其局限性,但是一起检查它们有助于减轻我们先前在查看数据时出现的一些错误和偏见。
现在,使用更集成的模型进行的重新分析表明,我们在正确的道路上开始工作,即使用海绵。
雷德蒙德说: “我们的方法弥合了两种不同方法之间的鸿沟,并提供了有力的证据,证明海绵是我们最遥远的动物亲戚,而不是梳子。”
“这意味着我们最后一个常见的动物祖先在形态上是简单的,并表明与栉水母是我们最远的动物亲戚相比,重复进化和/或丧失复杂特征(如神经系统)的可能性较小。”
在进化中,自然选择倾向于通过用具有相似生物化学特性的其他氨基酸替代特定氨基酸来维持某些蛋白质的功能和形状。但是,这些特性可能在基因内部和基因之间因位点而异。
分区模型,其中的基因被拆分并且在位点之间的取代模式在组中进行比较,通常不能解释这种多样性,这意味着它们可能会丢失多个“隐藏”取代,尤其是在那些选择了相对较快的新氨基酸的物种中。
因此,大多数分区模型都将栉水母指向其他动物的原始姐妹。但是,当合并考虑到站点差异的模型时,研究人员发现海绵代替了这一角色。
这与以前的研究一致,后者发现分区和未分区的模型会影响生命树上分支的长度和变化的节点,“有时会如此严重”。
换句话说,研究人员认为,正是我们的“差拟合”和“过于简单化”模型抑制了栉水母长分支上的某些进化变化。这使得奇异栉水母(Ctenophora phylum)看起来像是在海绵之前进化的,实际上,这些果冻很可能早就从多孔动物门(Porifera)分化而来,然后发展得非常快。
结果支持先前的研究在2020发现栉水母的快速发展引入了偏置到我们的模型,我们愚蠢地以为他们来到第一。
Porifera和Ctenophora phyla都有很长的分支,但是当我们使用相似的氨基酸替换模型比较两者时,由于它们的快速进化,果冻看起来好像必须老一些。但是实际上,梳状果冻的基因序列发生的时间要短得多,这使得它们与海绵的关系似乎比实际紧密得多。
存在第一个门的两个可能的树。(Telford和Kapli)
研究人员说,未来的模型需要解决这种偏差,即“长分支吸引”,否则这些差异将不断出现。
进化生物学家Detlev Arendt在2015年对《 量子杂志》(Quanta Magazine)表示: “通常很难放置长支动物群。”“到目前为止,系统发育数据还没有关于栉水母归属的确切结论。”
鉴于这场辩论变得如此激烈,这项新研究不太可能永远结束对话。也就是说,此更新模型的结果确实与基因组研究中的其他最新进展相结合,表明梳子果冻的基因在某种程度上使我们摆脱了气味。
这组作者写道:“对于血统是其他动物的姐妹的怀疑,对新颖方法的开发和对常用的系统发育方法学质量的重新评估产生了重大影响,”作者写道。“这看起来将继续下去,这场辩论所强调的许多研究途径尚待探索。”
该研究发表在《自然通讯》上。