原标题:鸭嘴兽和人类有着共同祖先?来听听Nature重磅成果解读
原创 咻咻 我是科学家iScientist
距今8000万年前,澳洲大陆脱离了南极洲大陆向北漂移。由于海水的隔绝,这片平坦而古老的大陆诞生了许多不同寻常的物种,在南半球演绎着另一番自然生机。有熟悉的袋鼠、考拉、袋狼、袋熊、鸸鹋、针鼹……还有鸭嘴兽。这一样貌和行为都称得上古怪的神奇动物,直到18世纪末才被人们发现。
鸭嘴兽(Ornithorhynchus anatinus)是最早分化形成的哺乳动物之一,在哺乳动物的演化过程中占据非常重要的位置。它和人类在大约1.8亿年前有着共同的祖先,通过研究它的基因组,科学家们可以得知关于性状特征起源的诸多奥秘。
2021年1月7日,深圳华大生命科学研究院生物多样性团队、哥本哈根大学、浙江大学、澳大利亚阿德莱德大学等单位联合在英国著名杂志《Nature》刊登发布的重磅文章,就为我们讲述了这其中的演化故事。
在一亿年前的演化故事
这次,中外科学家们首次成功构建出了包括人在内的所有现生哺乳动物共同祖先的基因组图谱。现代人有46条染色体,而人和鸭嘴兽的共同祖先很可能有60条染色体,这些染色体经过了很多次的变异才形成了今天的状态。


研究团队获得鸭嘴兽和针鼹的高质量基因组数据之后,通过对比人类、有袋类动物等基因组数据,得到不少关于演化的古早秘密——和其他哺乳动物一样,鸭嘴兽幼崽会依靠妈妈的乳汁长大,但它们也有着不少怪异之处,比如它们的性染色体数,是人类的五倍。
鸭嘴兽的性染色体比人类多
虽然人类与鸭嘴兽有着共同的祖先,但是在性染色体发展上却少有关联。人类有23对、46条染色体,其中有1对是性染色体,女性为XX,男性则为XY。鸭嘴兽则有5对性染色体,一共10条,雌性为10条X染色体,雄性有5条X染色体和5条Y染色体。


关于鸭嘴兽的其他神奇设定
鸭嘴兽种群数量并不多,被全球濒危物种红色名单IUCN评为近危(Near Threatened ),我们只能在澳洲见到。它们有着像鸭子的嘴巴,像河狸的身子,像水獭的爪子,以及扁平的尾巴帮它们在游泳时获得平衡。


鸭嘴兽会熟练地潜水,在水里靠感受生物发出的微弱电场来定位捕食。它们的眼睛很小,并不常在水中使用,耳朵位于眼睛后方的凹槽里,会在潜水之时闭合起来。而感受猎物的部位,正是它们那个鸭子模样的嘴巴——上万个电感应器位于嘴巴的皮肤上,如雷达一般能迅速感知水中生物的电信号。
作为夜行性动物,在水中摸黑觅食,它们的犁鼻器受体稍有扩大,这和其他夜行性动物有着类似的结论,犁鼻器受体基因的数量也比针鼹等动物多。
犁鼻器(Vomeronasal organ VNO)这一器官听起来可能有些陌生,实际上人类也有这么一个部位。它位于口腔顶壁、鼻腔底部,不过已经高度退化。动物学研究中,犁鼻器被证实是用于辅助感受物质的气味甚至荷尔蒙的,蛇类、蜥蜴、大象、牛羊、猫咪都有着类似的构造。比如蛇类在收回叉状舌头时,会利用口腔上颚的犁鼻器来检测空气中的化学线索,以辅助判断猎物或捕食者是否存在。
鸭嘴兽每天的食量是自己体重的15~30%,而它的胃却几乎退化了。它会靠着扁平的鸭嘴在水底掘起食物,连同泥沙一并放入颊囊里,带到岸上再认真咀嚼。水中的蠕虫、淡水虾、蝌蚪、鱼卵、虫卵等等皆是鸭嘴兽的食物。然而成年鸭嘴兽并没有牙齿,凭借带有横脊的角质化牙龈板,把食物反复碾碎消化;几乎退化的胃,则被连接在一起的肠道和食管取代。
从基因组分析里能看出,鸭嘴兽和针鼹都丢失了许多牙齿和胃发育相关的基因,比如参与牙齿形成及牙釉基质矿质化的牙成釉细胞相关基因(Odontogenic ameloblast-associated Gene),引导ATP酶将氢离子泵入胃中、刺激胃酸分泌过程的胃泌素基因(Gastrin Gene),而这两个基因在我们人类身上仍存在。
科学探索,步履不停。从繁复的基因组中,我们逐渐读懂了一连串的生物密码,也正在一步步地揭开,关于远古生命的更多奥秘。
作者名片
编辑:麦芽扬