对缓慢进化的活化石的研究揭示了关键的遗传见解

1859年，查尔斯·达尔文创造了“活化石”一词来描述在化石记录中与其祖先几乎没有物种多样性或身体差异的生物体。在一项新的研究中，耶鲁大学的研究人员提供了第一个生物机制的证据，解释了活化石在自然界中是如何产生的。

这项发表在《进化》杂志上的研究表明，鳝鱼——一种符合活化石定义的古老射线鳍鱼类——在所有有颌脊椎动物中分子进化速度最慢，这意味着它们的基因组变化比其他有颌脊椎动物慢。其他动物。

通过将这一发现与在恐龙时代最后拥有共同祖先的野生雀鳝物种的杂交过程(当两个不同的物种产生可存活的后代时)联系起来，研究人员证明，它们基因组的缓慢进化速度导致了它们的低等物种多样性。

耶鲁大学艺术与科学学院生态学和进化生物学教授、该论文的资深作者托马斯·J·尼尔(ThomasJ.Near)说：“我们发现，鳝分子进化速度缓慢，阻碍了它们的物种形成速度。”“从根本上说，这是科学首次表明，一个谱系通过其生物学的内在方面，符合活化石的标准。”

研究人员推测，鳝鱼拥有异常强大的DNA修复装置，使它们能够比大多数其他脊椎动物更有效地纠正体细胞和种系突变(受孕前后发生的DNA改变)。

耶鲁大学皮博迪博物馆宾厄姆海洋学鱼类学馆长尼尔表示，如果得到证实，这些发现可能会对人类健康产生深远影响。

“大多数癌症都是体细胞突变，代表个体DNA修复机制的失败，”他说。“如果进一步的研究证明鳝DNA修复机制极其有效，并找出其原因，我们就可以开始考虑在人类健康方面的潜在应用。”

这七种现存的蜥蜴物种在结构上与约1.5亿年前侏罗纪时期最早的蜥蜴化石几乎相同。早在一亿年前的白垩纪中期，现存的两个主要的雀鳝谱系之一就开始出现在化石记录中。

在分析来自471个有颌脊椎动物样本的1,105个外显子(DNA编码区)的数据集时，研究人员发现，雀鳝DNA的进化速度始终比任何其他主要脊椎动物类群慢三个数量级。(他们还发现鲟鱼和白鲟(活化石的另外两个例子)的生长速度也同样缓慢，但关于雀鳝的数据却更强。)

然后，研究人员通过分析德克萨斯州布拉索斯河和三一河系统中两种不同的雀鳝物种之间的杂交实例，证明了分子进化的缓慢速率与雀鳝物种形成的缓慢速率有关。

耶鲁大学生态与进化生物学系研究生、该研究的主要作者ChaseD.Brownstein解释说，随着基因突变率的增加，不同的物种必须拥有更年轻的共同祖先才能繁殖。

“一个物种的基因组突变越慢，它就越有可能与一个长期在基因上隔离的单独物种杂交，”布朗斯坦说，他开始与近进行这项研究。作为耶鲁大学本科生的项目。

研究人员发现，鳄雀鳝和长鼻雀鳝这两个物种至少在1亿年前拥有共同的祖先，并且仍然在繁衍出可存活且可繁殖的杂交后代。根据这项研究，这是所有动物、植物和真菌中已知的最古老的亲本分裂，这些亲本分裂能够产生可存活、可育的杂交后代，比之前的记录保持者——两种蕨类植物——早了约6000万年。

研究人员表示，这一发现，再加上杂交种和其他雀鳝物种的重叠形态或物理结构，表明雀鳝基因突变速度缓慢，对物种形成和新的可观察特征的进化造成了障碍。

布朗斯坦说：“我们的论文表明，活化石不仅仅是历史上的奇怪偶然事件，而且提供了自然界进化过程的基本证明。”“它表明，分析活化石进化史的模式可能会对我们自己的故事产生影响。它不仅可以帮助我们更好地了解地球的生物多样性，而且有一天可能会应用于医学研究并改善人类健康。”

尼尔和布朗斯坦与耶鲁大学生态与进化生物学系的DaeminKim和OliverOrr共同撰写了这项研究。布法罗大学的DanielJ.MacGuigan;北京中国科学院的杨连栋;明尼苏达大学的所罗门·R·大卫;和南密西西比大学的布赖恩·克莱泽(BrianKreiser)。