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为万种鸟类绘制“历史地图”

来源:光明网2024-05-08 11:01

  近年来,随着进化生物学、分子系统学、遗传学、分子生物学、“组学”和发育生物学等学科的交叉融合,我国科学家在生命之树重建、物种形成和生物进化发育研究等方面取得了诸多举世瞩目的成果。

  “构建生命之树就像在绘制历史地图,它是我们开展任何比较生物学研究的基础,告诉我们一个物种从哪个祖先分支里分化出来、什么时候开始出现,也为我们推断一个生物学性状的演化过程和规律提供基础。我们此次工作为鸟类构建了一个更加可靠的生命之树、一个全新的生命之树。”

为万种鸟类绘制“历史地图”

科阶元基因组揭示鸟类演化复杂性(Jon Fjeldså、Josefin Stiller 和 陈光霁绘)

  浙江大学生命演化研究中心张国捷教授团队基于前期课题组收集的363种鸟类的全基因组数据,重构并革新了现生鸟类的系统发育树,厘清了现生鸟类各类群之间的关系,解决了鸟类类群关系长达一个多世纪的争议,为正确理解鸟类物种演化提供坚实基础。这一研究成果于2024年4月2日在线发表在国际学术期刊《自然》。

  鸟类是恐龙的后裔,所有其他类群的恐龙在白垩纪末期的大灭绝事件中走向了终结,但鸟类却出现了物种快速繁衍和分化。根据过去的研究,在短短不到一千万年里,新鸟类的祖先分化出大量的新的类群,基本奠定了当下新鸟小纲近万种鸟类的物种多样性格局。

为万种鸟类绘制“历史地图”

鸟类在恐龙大灭绝事件后快速繁衍和分化(陈星、刘野、Jon Fjeldså等绘)

  在过去的一百多年里,鸟类系统分类学的研究人员通过不同数据类型,对新鸟小纲主要类群之间的系统发育关系,提出了各种各样的观点,也产生了许多争议。因此,新鸟小纲内部的演化关系一直没有定论,这也是鸟类系统发育尚未厘清的重要原因之一。

  “可以说,一百多年来,鸟类学研究都存在着一层迷雾,人类对鸟类的研究,有点像盲人摸象。”为了打破这一局面,2010年张国捷牵头,浙江大学生命演化研究中心、深圳国家基因库、中国科学院动物研究所等单位联合主导发起了万种鸟类基因组计划(B10K),旨在破译现生约10500种鸟类的基因组图谱,从全基因组水平构建鸟类的生命之树,再现鸟类多样性演化历程。

  张国捷介绍,B10K的第一阶段是鸟纲下面的“目”级别的研究项目。在该阶段,研究团队对现生鸟类36个重要代表分支进行基因组解读,建立了全基因组构建生命之树的新方法,获得了高支持度的“目”级别一致树,结束了过去无法区分鸟类目级别关系的尴尬局面。这也是当时对同一类群物种最大规模的基因组演化历程分析,是利用比较基因组学揭示生物宏观演化历史的重要一步。

  “这次是B10K第二阶段的工作,目标是对鸟类所有‘科’级别代表物种的全基因组数据进行解码和整合,项目涉及全世界鸟类218个科类群,覆盖了全球已知的92%的鸟科。”张国捷说。

  据介绍,此次发布的新鸟类生命之树将新鸟小纲划分为四大分支:第一个分支是奇迹鸟类,如火烈鸟与䴙䴘(pì tī)等;第二大分支为鸽鸨类,如鸽、鸨、杜鹃等;第三大分支是陆鸟类,如雀鸟、鹦鹉、鹰、啄木鸟等。

为万种鸟类绘制“历史地图”

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之间的变化(Josefin Stiller 和 陈光霁绘)

为万种鸟类绘制“历史地图”

奇迹鸟类(火烈鸟总目)

为万种鸟类绘制“历史地图”

鸽鸨类

为万种鸟类绘制“历史地图”

陆鸟类

为万种鸟类绘制“历史地图”

元素鸟类

  第四大分支是此次研究提出的全新类群——元素鸟类(Elementaves)。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,也包括了主要在陆地活动的麝雉等,还有擅长在天空活动的夜鹰和雨燕等夜鹰目,分别对应水、土和气三种古典元素,因此得名。在过去,这些类群的鸟类被认为是各自独立起源,新研究提出,元素鸟类由相同的共同祖先分化而来,从而解决了部分鸟类物种的归属过去存在疑问或冲突的问题。

为万种鸟类绘制“历史地图”

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)

  张国捷团队对全球鸟类基因组的研究,以及元素鸟类新类群概念的提出,为建立健全新的鸟类系统发育树奠定了根基,在传统生物学分类“界门纲目科属种”层级基础上提出的鸟类分类框架,成为鸟类大纲亿万年演化的历史地图,对鸟类演化历史做了更精确的时间断代,为发生在物种大灭绝之后的“大爆炸”假说观点提供了强有力的支持。

  “这个全新的鸟类生命之树得到了众多自然历史博物馆馆长和博物学家的认可,元素鸟这个类群现在也录入到了维基百科中。”对于下一阶段的研究计划,张国捷表示,团队正在组织“属”阶段的研究工作。

  身入深林,方识百鸟。要彻底厘清万种鸟类的生命之树,仍需漫漫求索。 (记者宋雅娟 肖春芳,实习生韩雨潼对本文亦有贡献)

 

[ 责编:焦子原 ]
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