給地球上最奇怪動(dòng)物測序

18世紀(jì)末，歐洲人在澳大利亞發(fā)現(xiàn)了鴨嘴獸，它長得像海貍，通常被認(rèn)為是世界上最奇怪的哺乳動(dòng)物。鴨嘴獸表現(xiàn)出一系列奇怪的特征：產(chǎn)卵而不是胎生，分泌乳汁，沒有牙齒，有毒刺，有10條性染色體。這種古怪的半水棲動(dòng)物一直困擾著研究人員。

近日，中科院昆明動(dòng)物研究所研究員張國捷領(lǐng)導(dǎo)的國際團(tuán)隊(duì)對鴨嘴獸基因組進(jìn)行了獨(dú)特的研究定位，首次繪制出了完整的鴨嘴獸基因組，并找到了一些鴨嘴獸奇怪特征的答案。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《自然》。

“完整的基因組解答了鴨嘴獸的一些奇異特征是如何出現(xiàn)的。”張國捷表示，解碼鴨嘴獸基因組對進(jìn)一步理解包括人類在內(nèi)的其他哺乳動(dòng)物是如何進(jìn)化的非常重要，這是真獸類哺乳動(dòng)物進(jìn)化成能胎生而不是產(chǎn)卵動(dòng)物的關(guān)鍵所在。

鴨嘴獸屬于一種古老的哺乳動(dòng)物——單孔目動(dòng)物，在現(xiàn)代哺乳動(dòng)物出現(xiàn)之前已存在數(shù)百萬年。“鴨嘴獸屬于哺乳類動(dòng)物，但從基因上講，它是哺乳動(dòng)物、鳥類和爬行動(dòng)物的混合體。”張國捷指出，鴨嘴獸保存了許多祖先的原始特征，這可能有助于它成功適應(yīng)生活環(huán)境。

鴨嘴獸最不尋常的特征之一是，它雖產(chǎn)卵，但也有用來喂養(yǎng)幼獸的乳腺，不過鴨嘴獸不是通過乳頭分泌乳汁，而是靠腹部兩側(cè)的乳孔來分泌。

人類在進(jìn)化過程中，失去了三種所謂的卵黃蛋白原基因，每個(gè)基因?qū)β腰S的產(chǎn)生都很重要。該研究表明，鴨嘴獸仍然攜帶這三種卵黃蛋白原基因中的一種，盡管在大約1.3億年前失去了另外兩個(gè)。鴨嘴獸依靠這一剩余基因繼續(xù)產(chǎn)卵，這可能是因?yàn)轼喿飓F為幼獸提供乳汁，而不像鳥類和爬行動(dòng)物那樣依賴卵黃蛋白的產(chǎn)生。

在所有其他哺乳動(dòng)物中，卵黃蛋白原基因已被酪蛋白基因所取代，酪蛋白基因可產(chǎn)生酪蛋白，酪蛋白是哺乳動(dòng)物乳汁中的主要成分。該研究表明，鴨嘴獸也攜帶酪蛋白基因，因此它的乳汁成分與奶牛、人類和其他哺乳動(dòng)物的十分相似。

張國捷說：“這告訴我們，所有現(xiàn)存哺乳動(dòng)物的產(chǎn)奶能力都是通過同一套基因發(fā)展而來的，這些基因來自于一個(gè)共同的祖先，這個(gè)祖先距今已有1.7億年之久，與侏羅紀(jì)時(shí)期的早期恐龍一樣。”

鴨嘴獸另一個(gè)獨(dú)特的特征是沒有牙齒，現(xiàn)代鴨嘴獸有兩個(gè)角盤，用來搗碎食物。該研究表明，鴨嘴獸的牙齒大約在1.2億年前脫落，當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)牙齒發(fā)育的8個(gè)基因中，有4個(gè)消失了。

研究人員還對鴨嘴獸是如何確定性別的進(jìn)行了研究。人類和地球上其他所有的哺乳動(dòng)物都有兩條決定性別的性染色體：X和Y染色體系統(tǒng)，其中XX是雌性，而XY是雄性。但是，鴨嘴獸有10條性染色體，5條X和5條Y染色體。

得益于近乎完整的染色體水平基因組，研究人員提出，鴨嘴獸的這10條性染色體以環(huán)狀形式排列，隨后被分解為許多X和Y染色體小片段。同時(shí)，基因組圖譜顯示，大多數(shù)單孔目動(dòng)物的性染色體與雞的共同點(diǎn)要多于與人類的共同點(diǎn)，表明了哺乳動(dòng)物和鳥類之間的進(jìn)化聯(lián)系。