生命演化中，誰才是脊椎動物近親

大約6億年前，地球上最早的動物誕生了。此后，它們演化出了令人驚嘆的多樣性，形成了包括人類在內(nèi)的數(shù)百萬個物種。但是，人類是如何由最原始的動物一步步演化而來的？在拼湊起這個漫長的演化故事之前，首先需要知道我們與其他動物群體的關(guān)系。

回顧人類的譜系樹，我們很容易看出我們屬于人科、靈長類和哺乳動物。甚至早在兩千多年前，亞里士多德就已經(jīng)因為哺乳動物、鳥類、爬行動物、兩棲動物和魚類都擁有脊椎這一共同特征，將它們歸為一類，即我們所說的脊椎動物。

脊椎動物的起源深藏于動物的生命史之中，最早的脊椎動物化石可以追溯到5億多年前。在過去150年中，關(guān)于這些早期化石的研究一直爭議不斷，想要破解這種古老關(guān)系非常困難。最近，一項研究提供了一些新見解。

海星長久被認為是人類近親

一個多世紀以來的普遍觀點認為，與人類最親近的無脊椎動物是一個與脊椎動物完全沒有相似之處的群體：棘皮動物，包括海星、海參和海膽。

1908年，奧地利動物學家卡爾·格羅本首次提出了這個觀點。格羅本研究了不同物種最早的胚胎發(fā)育事件（胚胎的第一個細胞是如何分裂的以及嘴最初是如何形成的），從而將絕大多數(shù)動物劃分為兩大分支。他認為，脊椎動物和棘皮動物屬于后口動物，其他無脊椎動物屬于原口動物，包括昆蟲、蚯蚓、軟體動物和線蟲。

長久以來，權(quán)威觀點一直認為脊椎動物與棘皮動物關(guān)系密切。但最近，通過比較不同動物的DNA，研究者重建了演化的譜系樹，看到了一些意想不到的結(jié)果。這些新結(jié)論向上述傳統(tǒng)觀點提出了質(zhì)疑。同時，研究者還在一些原口動物中發(fā)現(xiàn)了原本被認為只出現(xiàn)于后口動物胚胎發(fā)育過程的特征。

這些結(jié)果表明，棘皮動物是脊椎動物近親的證據(jù)可能比長期以來認為的要弱。

新發(fā)現(xiàn)帶來新挑戰(zhàn)

DNA序列的變化記錄了不同動物之間的關(guān)系。比較整個動物王國的基因DNA序列，以重建動物的演化譜系樹。

為了確認DNA數(shù)據(jù)能否有力地支持脊椎動物和棘皮動物之間的密切關(guān)系，研究者研究了只存在于脊椎動物和棘皮動物中，但在其他動物中沒有發(fā)現(xiàn)的DNA變化的數(shù)量。在這個過程中，任何共同特征的出現(xiàn)，都將是支持這一密切關(guān)系的證據(jù)。

在研究者關(guān)注的大約5000個不同的基因中，對于其中的70%，原口分支能得到比后口分支更多的獨特變化的支持。這意味著原口分支上動物的DNA有很多共有而區(qū)別于其他分支的變化，DNA證據(jù)有力地支持了這一點。相比之下，脊椎動物和棘皮動物的密切關(guān)系卻沒有充足的證據(jù)來證明，它們之間相同的特有DNA變化較少。

接下來研究者嘗試了脊椎動物、棘皮動物和原口動物的不同排列，并用3種方式分別構(gòu)建演化樹：第一種典型的后口樹認為脊椎動物和棘皮動物是近親；第二種演化樹里的棘皮動物與原口動物的關(guān)系比與脊椎動物的更密切；最后一種的脊椎動物與原口動物的關(guān)系比與棘皮動物更密切。

研究者發(fā)現(xiàn)對很多基因來說，并沒有大量的DNA變化能夠支持這3種演化樹中的任何一種。在顯示出明顯傾向的基因分析中，只有略超過半數(shù)的基因顯示，后口樹成立的可能性比另外兩種可能性更高。結(jié)果顯示，脊椎動物、棘皮動物和原口動物這三個分支在很短的時間內(nèi)就彼此分開了，因此DNA沒有充足的時間形成大量變化。也就是說，現(xiàn)在很難判斷與這些群體相關(guān)的這三種演化樹中，哪一種才是正確的。

兩支后口動物演化速率慢

為什么以往的大多數(shù)DNA研究都支持后口樹，而新的實驗卻表明這種樹與另外兩種幾乎沒有區(qū)別？研究者想要知道，當不同的分支以不同的速度演化時，分析過程是否會更容易產(chǎn)生錯誤。

為了找到答案，研究者利用計算機模擬了每個場景中DNA的演化過程，從一個代表祖先動物的隨機合成的DNA序列開始。這三種演化樹都顯示，這個DNA序列可以通過積累變異實現(xiàn)演化。

當研究者根據(jù)后口樹進行模擬時，總能正確地構(gòu)建這棵樹；但在模擬其他兩棵樹的數(shù)據(jù)時，結(jié)果并不總是正確，錯誤不時會發(fā)生。當研究者增加不同群體演化速率的差異時，這種錯誤就愈發(fā)頻繁。

這一結(jié)果表明，在真實的DNA數(shù)據(jù)中可能存在錯誤，然而即使出現(xiàn)錯誤，研究者也能重建后口樹。這一錯誤的原因可能是兩支后口動物（脊椎動物和棘皮動物）的演化速率比其他分支慢。這使得它們彼此之間的相似度看起來比它們與原口動物的相似度更高，即便它們實際上并不是近親。

于是研究者得出結(jié)論：一個多世紀以來，教科書中脊椎動物和棘皮動物關(guān)系密切的觀點可能是錯誤的。這個演化問題很難解決，并且脊椎動物與蝸牛和蒼蠅的關(guān)系可能都比與海星的關(guān)系更為密切。