Nature解開達爾文世紀困惑之謎

日期：2015-03-19 09:01:12

科學家們解開了一個近200年歷史的進化謎題，這個謎題圍繞著的一組哺乳動物曾被達爾文稱作為是“發(fā)現(xiàn)的最奇怪的動物”。由美國自然歷史博物館、倫敦自然歷史博物館和紐約大學領(lǐng)導的這項新研究證實了，在1萬年前消失的南美“原生有蹄動物”(native ungulates)與諸如馬一類的哺乳動物，而非一些分類學家堅持的、與非洲有著古老的進化聯(lián)系的大象以及其他物種有關(guān)。這些發(fā)表在今天《自然》（Nature）雜志上的研究結(jié)果是建立在化石蛋白質(zhì)序列的基礎(chǔ)上。

論文的作者之一、美國自然歷史博物館哺乳動物學部主任Ross MacPhee 說：“將南美有蹄動物擬合到哺乳動物家族樹中對于古生物學家而言是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為從解剖學上講它們是一群奇怪的嵌合體，顯示出到處生存的各種無親緣關(guān)系物種的一些特征。在20世紀的早期這曾讓達爾文和他的合作者Richard Owen感到極為困惑。所有的這些相互矛盾的信息使得他們無法確定，這些有蹄動物與巨型嚙齒動物、大象、或是駱駝等是否有親緣關(guān)系。”

論文的作者、倫敦自然歷史博物館課題負責人Ian Barnes說：“盡管已對這些動物的骨頭進行了180多年的研究，卻無法獲得有關(guān)它們起源的清晰圖像。我們一開始試圖通過檢測古老的DNA來解開這一謎題。”

然而，研究小組很快就認識到來自化石的古老DNA沒有在這些樣本中保存下來，因為在南美典型的溫暖、潮濕的條件下DNA分子會快速地降解。當研究人員轉(zhuǎn)而分析存在于所有動物骨骼中的一種結(jié)構(gòu)蛋白——膠原蛋白（collagen）獲得了突破。膠原蛋白可以在各種各樣的條件下保存至少100萬年或更長的時間。構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸其化學結(jié)構(gòu)最終是由生物體DNA中特異的編碼序列所決定。由于這一重要的聯(lián)系，可以比較不同物種中相同蛋白的氨基酸組成來認識物種之間親緣關(guān)系的遠近。

紐約大學的Matthew Collins教授說：“人們曾成功地檢索了有400多萬年歷史的樣本的膠原蛋白序列，而這只是個開始。從理論上講，有了在凍土條件下回收的材料，我們能夠追溯到1000萬年前。”

科學家們利用蛋白質(zhì)組學分析篩查了48個箭齒獸(toxodon platensis)和長頸駝(macrauchenia patachonica)的化石。180年前達爾文在烏拉圭和阿根廷發(fā)現(xiàn)了這些物種的殘骸。

論文的主要作者、紐約大學及馬克斯普朗克進化人類學研究所博士說Frido Welker說：“通過選擇保存最完好的骨骼樣本，并對蛋白質(zhì)組學分析進行各種改進，我們獲得了兩個物種近92%的膠原蛋白序列。這為古生物學和古人類學中的各種其他應(yīng)用開辟了道路。”

利用現(xiàn)代的系統(tǒng)發(fā)生解讀技術(shù)，研究人員最終證實與這些物種親緣關(guān)系最近的存活動物是奇蹄動物，這類動物包括馬、犀牛和貘。這使得它們成為了勞亞獸總目( Laurasiatheria )的組成部分。分子證據(jù)確證了一些領(lǐng)先的古生物學家提出的觀點：這些南美有蹄動物的祖先是在6000多萬年前來自北美，有可能是在非鳥類恐龍和許多其他的脊椎動物大滅絕之后。因為這些南美有蹄動物是如此大且多樣的種群，尚不清楚研究人員未研究的其他譜系是否都具有相同的起源。

MacPhee說：“這絕對是有可能的。我們現(xiàn)在正與南美的同時合作抽取化石樣本，或許可以一勞永逸地解開這些驚人動物的起源地。”