進化生物學家多年來一直在爭論哪種動物譜系最先出現——是海綿還是櫛水母。這個答案可能會改變科學家對人類神經系統、消化系統和其他複雜特徵進化的理解。
3月16日發表在《當代生物學》上的一項研究中，作者使用前所未有的遺傳資料陣列來推斷海綿是最早從動物生命之樹上分支出來的1。海綿是簡單的生物，沒有頭、神經和內臟，因此這個結論在直覺上是合理的。但一些研究人員警告說，大資料不一定會帶來更好的答案。
“他們擁有一個龐大的資料集，但這幾乎肯定不是最終結論，”德克薩斯大學奧斯汀分校的進化生物學家大衛·希利斯（David Hillis）說，他沒有參與該專案。“這是一個非常難以解決的問題。”
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回顧過去6億年的轉變是困難的。似乎每種動物都起源於樹根附近的五個分支中的一個。但這五個群體今天的樣子截然不同。有海綿、櫛水母、刺胞動物（包括海葵、珊瑚和水母）、雙側對稱動物（如人類和蛤蜊）以及被稱為扁盤動物的鮮為人知的微觀蠕蟲。
分支之戰
在過去的大部分時間裡，動物學家根據他們對簡單和複雜的判斷來排列這些分支。海綿位於最底部的分支，而雙側對稱動物位於較高的位置。但在2008年，發表在《自然》雜誌上的一項基因分析將櫛水母置於進化樹的根部附近，而不是海綿2。
這種排列方式令進化生物學家感到不安，因為它顛覆了動物複雜性隨著時間推移而增加的觀點。這意味著神經和其他特徵在不同的譜系中獨立進化，隨後在海綿中消失。從那時起，研究支援或反駁了這種重新排列，但都受到問題的困擾。
在最近的研究中1，作者試圖解決基於DNA比較構建進化樹的最大挑戰之一。一些基因組的進化速度快於其他基因組，來自不相關動物的快速進化基因組可能會收斂到相似的序列。“由於偶然，譜系積累的遺傳相似性不是由於共同的歷史，而是由於隨機變化，”巴黎塞納生物研究所的進化生物學家、該研究的資深作者米歇爾·曼努埃爾（Michaël Manuel）解釋道。
這個問題被稱為長枝吸引，因為數學模型將基因變化描述為它們產生的圖表上分支的額外長度。長枝可能會因這些趨同而聚集在樹上，或者因為它們的基因序列與樹中的其他序列截然不同。無論哪種方式，這種聚類都表明兩個譜系是相關的，而實際上並非如此。曼努埃爾懷疑，像真菌這樣的非動物的長枝吸引了櫛水母譜系，因為由於未知的原因，櫛水母基因組隨著時間的推移積累了異常多的變化。
反覆無常
為了避開這種長枝吸引，曼努埃爾和他的同事分析了來自前所未有的物種範圍的1719個基因。它需要來自加拿大、德國、比利時和法國的計算能力來處理這些數字。該團隊還測試了幾個解釋生物現象的數學模型，包括某些基因變化比其他基因變化更有可能發生的事實。他們選擇了一個名為CAT的模型，部分原因在於它如何很好地重現了已經確認的動物樹的片段。
CAT模型的結果將海綿置於動物家譜的最早分支上。該團隊使用的一些其他模型將櫛水母放在了基部。“結果隨著不同模型的變化而反覆無常是一個不好的跡象，”沒有參與這項工作的希利斯說。
羅德島普羅維登斯的布朗大學的進化生物學家凱西·鄧恩（Casey Dunn）也同意這一點，他也沒有參與這項研究。“不幸的是，這告訴我們，新增更多的物種資料並沒有推動解決這個問題。”
希利斯建議，未來生物學家應該探索不易受長枝吸引的基因組資料，因為隨機趨同的可能性較低。例如，基因很少插入到其他基因中，但這種情況會發生。希利斯承認找到解決方案並非易事。“但這棵樹真的很重要，”他說。“它改變了我們對進化中發生重大事件的理解。”
本文經許可轉載，並於2017年3月24日首次發表。