蝙蝠和海豚驚人的基因組趨同進化

生物3602013-09-09

蝙蝠和海豚獨立地進化出各自的回聲定位系統(tǒng),。盡管它們的聲吶感官系統(tǒng)起源及機制不同,，但似乎有一些相似的基因參與其中。一項刊登在《自然》雜志上的最新研究證實,，蝙蝠和海豚基因組有一些相似的序列改變,，表明這樣的遺傳趨同（genetic convergence）其范圍遠比原以為的要更為普遍。

未參與該研究的倫敦大學(xué)學(xué)院進化和比較生物學(xué)教授 Judith Mank 表示：“這是一個極好的例子,，表明采用一種基因組方法如何能夠幫助你了解許多的信息,。生物體的一般適應(yīng)機制,，個體的環(huán)境以及它們對于環(huán)境的適應(yīng)可以影響多大比例的基因。我真的對這種趨同的程度感到驚訝,，”

蝙蝠和齒鯨在大約 8 千萬年前就彼此分歧,。自那時以來，兩種動物都進化了回聲定位系統(tǒng),，這一系統(tǒng)能夠發(fā)射及接收聲波,，使得動物能夠定位物體和獵物。

論文共同作者,、倫敦大學(xué)瑪麗王后學(xué)院研究人員 Joe Parker 說：“即便是蝙蝠家族回聲定位系統(tǒng)進化了也不止一次,。一些物種發(fā)射一種固定頻率的聲音，而另一些則可以調(diào)節(jié)聲音頻率,。這兩種機制的基礎(chǔ)生理學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)復(fù)雜性完全不同,。”

趨異進化的蝙蝠物種之間,、以及蝙蝠與海豚之間的這種趨同進化,，是以聽力相關(guān)基因中相關(guān)聯(lián)的 DNA 序列改變?yōu)榛A(chǔ)。在近幾年里有一些相似的研究報道發(fā)表,，描述了與趨同性狀相關(guān)的個別基因趨同的序列改變,。

Parker 說：“我將它比作天文學(xué)。如果你只將你的望遠鏡對準一小部分的調(diào)控,，你不會知道你能看到這種現(xiàn)象是因為它是普遍的,，還是因為你幸運?！?/span>

因此,，他和他的同事們盡可能的觀測了回聲定位蝙蝠和海豚基因組的多個位點，看看其他的基因是否可能顯示序列趨同,，如果是這樣的話,，又有多少。鑒別這樣的趨異進化物種真正同源的基因并不是小事,。研究小組因此利用一種超級保守的方法比較了那些每個基因組中只有一個拷貝的基因,。因此最終，研究小組對大約 2 萬個基因（一個哺乳動物基因組的大概基因數(shù)）中的僅 2,326 個基因做出了比較,。

在回聲定位蝙蝠和海豚這兩種無親緣關(guān)系的物種之間,，有近 200 個這樣的基因顯示趨同進化跡象。Parker 表示,，并不令人感到奇怪的是,，名單中包括有與聽力相關(guān)的基因。還有一些基因與神經(jīng)發(fā)育,、視覺,、脂肪代謝和消化相關(guān),。

未參與該研究的都柏林大學(xué)進化和遺傳學(xué)教授 Emma Teeling 表示：“我感覺驚奇的而是，他們發(fā)現(xiàn)了一大堆通常在感官知覺中不起作用的基因,，顯示了一些回聲定位蝙蝠和回聲定位鯨魚之間趨同的證據(jù),。對于那些對回聲定位生理學(xué)感興趣的研究人員，它們有可能是一些值得探討來了解聲覺的目標基因,?！?/span>

事實上，“大多數(shù)的蛋白質(zhì)都不能獨自發(fā)揮作用,，它們都是一個網(wǎng)絡(luò)的組成部分，” Parker 說,。如果少數(shù)聽力基因的結(jié)構(gòu)和功能受到它們在回聲定位中作用的嚴格限制,，與它們互作的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)也可能受到影響。實質(zhì)上,，有可能存在一連串的自然選擇,。

Parker 表示：“當(dāng)自然選擇正在起作用時，它不一定總是利用一個無限大的繪圖調(diào)色板,。有時候,，它可能兩次提出相同的方案，不僅是在物理水平上,，也達到了分子水平——假設(shè)有可能存在這種的 DNA 組合,，坦白講這真是非常驚人的?！?/span>

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