基因組揭示櫛水母的古老起源

新的測序資料挑戰了之前關於海綿是進化史上最古老動物的觀點

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動物是逐漸進化的,從不起眼的海綿到如今棲息在地球上的各種長著觸角、翅膀和大腦的生物。這個想法直觀易懂,以至於生物學家現在被基因組測序資料所震驚,這些資料表明,在海綿之前,存在著被稱為櫛水母的複雜海洋掠食者。

儘管它們像水母一樣呈凝膠狀,但櫛水母形成了自己的門類,稱為櫛水母門。生命之樹通常將櫛水母的譜系定位在包含水母和海葵的群體與包含頭部和尾部的動物(包括蛞蝓、蒼蠅和人類)的群體之間。櫛水母透過虹彩纖毛在海中划水,並用粘性觸手捕捉獵物。它們比海綿複雜得多——它們具有神經、肌肉、組織層和光感測器,而海綿缺乏所有這些。

“想象一下櫛水母在海綿之前進化,這簡直太瘋狂了,”西雅圖華盛頓大學的發育生物學家、櫛水母Pleurobrachia bachei基因組測序團隊的主要成員Billie Swalla說。但該團隊在1月3日至7日在加利福尼亞州舊金山舉行的綜合與比較生物學學會年會上提出的結果表明了這一點。


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儘管櫛水母很複雜,但斯瓦拉的同事,蓋恩斯維爾佛羅里達大學的神經生物學家列昂尼德·莫羅茲宣佈,Pleurobrachia基因組中的DNA序列將它們置於動物生命樹的底部。另一個團隊展示了櫛水母Mnemiopsis leidyi的基因組測序結果,發現該門在樹上的位置要麼低於海綿,要麼與海綿一樣接近底部。

斯瓦拉說:“我們一直認為,捕食者-獵物互動和感官適應是在海綿起源之後很久才進化的。” “現在我們需要想象早期生命是海綿、櫛水母以及兩者之間的一切。”斯瓦拉說,由於自從大約5.42億年前動物出現以來,數百萬物種已經滅絕,因此所有動物的祖先可能與現代櫛水母和海綿有所不同。

櫛水母中的基因家族、細胞訊號網路和基因表達模式也支援其古老的起源。例如,莫羅茲和他的團隊發現,櫛水母使用獨特的基因集來生長它們的神經。“這些是外星人,”莫羅茲開玩笑說。他認為櫛水母可能是埃迪卡拉生物的後裔,埃迪卡拉生物是出現在動物之前化石記錄中的神秘生物。事實上,在2011年,古生物學家聲稱,其中一個5.8億年前的化石類似於櫛水母。

位於馬里蘭州貝塞斯達的美國國家人類基因組研究所的比較生物學家,Mnemiopsis基因組專案負責人安迪·巴克塞瓦尼斯說,櫛水母是唯一缺少某些對產生microRNA至關重要的基因的動物——microRNA是幫助調節基因表達的短RNA鏈。此外,他指出,海綿和櫛水母都缺乏所有其他動物都擁有的其他基因家族。

如果櫛水母在海綿之前進化,那麼海綿可能失去了一些祖先的複雜性。或者,阿爾伯塔大學的生物學家莎莉·萊斯說,海綿可能具有科學家尚未認識到的複雜性。“許多海綿比岩石上的腫塊更精緻,”她說。

懷疑論者想知道櫛水母的高基因突變率是否可能導致其譜系看起來比實際更接近樹的底部。“在我所做的分析中,櫛水母是最成問題的分類單元。它們會根據你使用的基因和包含的動物而跳來跳去,”德國慕尼黑路德維希·馬克西米利安大學的分子古生物學家格特·沃海德說。在會議上,沃海德展示了一個透過比較核糖體蛋白序列建立的生命之樹。在其中,海綿仍然紮根於它們最底端的位置。

本文經《自然》雜誌許可轉載。該文章於2013年1月8日首次發表

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