无腔涡虫在动物进化树上的位置

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1、无腔涡虫在动物进化树上的位置生命科学无腔涡虫在动物进化树上的位置吕吉尔/编自20世纪开始以来,动物学家们一直在黎明时分从海滩边的淤泥中淘取胡椒子一般小的蠕虫无腔涡虫.尽管这些在显微镜下观察时看似像是颜料溅在画布上的斑点的物,却代表着动物进化过程中的一个关键阶段即5.6亿年前从海葵之类的简单生物今天遍布世界各地的复杂生物的过渡环节.位置变动引争议无腔涡虫大约有370种.r大I它们缺乏体腔充满液体的身体空腔,在较复杂的动物体内则用来盛放内脏而得名.无腔涡虫只有一个胚孑L用来进食和排泄.类似于刺细胞动物属于一组进化上较古老的动物,包括水母和海葵.与较简单的只有内胚层和外胚层组织的刺细胞动物不同,无腔

2、涡虫还有一层中月不层.这是在包括蝎子,鱿鱼,海豹等生物身上发现的排列,意味着无腔涡虫可能代表着一种中间形式,这一似没在近几年里已得到普遍认同.但是,在今年2月9Et版的自然杂志上发表的一篇研究报告却让科学家们重新反思这一认识.由一组国际研究人员他们使用新的分析技术和数据进行的这项研究把无腔涡虫从动物进化树的主干附近挪到了靠近脊椎动物的位置.这样的重新排列引起了进化生物学家的异议.他们担心会冈此失去代表动物进化中间阶段的关键性例子.一些研究人员认为证据尚不够确凿.难以籍此对进化树做重大的”修剪”,并声称该报告遗漏了关键性的数据.无论如何,争论的程度表明了这些蠕虫在进化生物学中已变得多么的重要争论

3、的焦点在于无腔涡虫是否适合放在生命树上两侧对称动物(两侧对称的三胚层动物)分支的位置上.生物学家把这些动物分成两个分支:较大的一支叫做原口动物,包括无脊椎动物,如蚯蚓,鱿鱼,蜗牛和昆虫;较小的一支叫做后口动物,包括脊椎动物和无脊椎动物,如海胆,人类和鱼类.动物学家通常把无腔涡虫放在两侧对称动物在分化为原口动物和后口动物之前最早的分支上.因为这些蠕虫缺少许多关键的特征,如分离的口腔和肛门,中枢神经系统和过滤废物的器官等.虽然无腔涡虫的位置经过几生活在海水和淡水中的十年后已经稍微遍及世界许多地区有了变动,但自1999年所做的DNA分析之后,有人把它们放回到了以前的位置上.尤其在2(年对94个器官所

4、做的遗传学研究后具的结即无腔涡虫属于两侧对称动物非常基部的位置挪威沙士围际海洋分子生物学中心进化生物学安德列亚斯?海诺尔(AndreasHejno1)领导的该项究证实,无腔涡虫及其近亲占据了刺细胞动物和复杂两侧对称动物之间的一个位置.对此,丹麦自史博物馆的进化生物学家克劳斯?尼尔森(C1Nielsen)说:”我突然有了一种感觉,一切终于尘落定了.”他已经跟踪无腔涡虫40年.见证了它在生命树上的漫游里程.撼动进化之树但这次由伦敦大学学院的动物学家马克思?尔福德(MaxRelford)及其同事所做的研究又一撼动了生命之树,他们把无腔涡虫放在了后口动堂墨:墨l生命科学分支内,即棘皮动物(包括海胆)和

5、橡实虫旁边的位置上.基因分析表明,无腔涡虫以及一种叫做异涡虫的海洋蠕虫起源于一个较复杂的祖先.并失去了其他后口动物身上所具有的一些特征研究人员利用多种方法检查了三组独立的数据后得出这样的结论.首先,他们通过66个,而非94个物种并重新分析了来自海诺尔2009年的研究数据,自然杂志论文第一作者,加拿大蒙特利尔大学的生物信息专家埃尔韦?菲利普(Herv6Philippe)指出,他们的研究小组挪去了遗传数据不完整(即”快速进化者”)的物种.这意味着当与大约同时出现的动物群体的基因进行比较时.它们的某些基因积累了许多变化.包括计算机动植物进化史程序存在一个众所周知的问题,即倾向于把这些物种归类在一起,

6、即使它们毫无关系.传统观点把无腔涡虫放在两侧对称动物的基部,在动物进化出分离的ISI和肛门之前.在无腔涡虫和异涡虫分化后,两侧对称动物进一步划分为原13动物和后口动物.一一脊椎动物辫融一海胆:蜘蛛删蛛撞原口动物蜗牛蚯蚓.:00扁形虫,l_0:二_l_=蠹虫|iii,无腔涡虫嗣圈鼍-萎嚼触即够箍动物固.-一囊一_势一.0一誓一一一珊蛛_,删,氪虽一利用更复杂的数学模型来分析层序演化,菲利普认为这有助于把问题最小化.他指出,如果没有这个模型和精心选择物种.那么无腔涡虫可能会落在动物进化树的根部.该小组在分析了来自核DNA序列并调整了基因表达但不编码蛋白质的小分子核醣核酸(microRNA)后,以线

7、粒体基因为基础绘制出了一幅进化树图谱.文章的共同作者,美国达特茅斯学院的古生物学家凯文?彼得森(KevinPeter.son)指出,小分子核醣核酸对于研究深层次进化关系特别有用.他们发现,有一类无腔涡虫已专属于后口动物的小分子核醣核酸,这意味着它们之间是存在联系的.文章的作者们承认,没有一组数据能单独解决把无腔涡虫放在后口动物范围内的问题.但泰尔福德指出,如果把这些数据结合在一起考虑的话,那么”我们的证据指向同一个方向的事实就让我觉得那是正确的.”墨兰:兰如果无腔涡虫确实适合放在后口动物之列,那么这些蠕虫必定进化自中枢神经系统,体腔以及连接肛门的贯通肠道的祖先.因为这些特征都能在现有的后口动物

8、身上找到.如果这种环节存在的话,研究人员就需要解释无腔涡虫和异涡虫是如何失去这些特征的,同时也有待于寻找另一个代表水母类动物和两侧对称动物之问进化过程的原始血缘环节.彼得森认为,许多复杂特征可能是突然产生的.正在接近尾声对于一些研究人员还没有放弃无腔涡虫究竟应该放在什么位置上的观点,海诺尔说:”我对他们的论文感到难过.但我并不感到烦恼.如果他们的分析是正确的,是否意味着我们将失去连接生命树上重要的过渡代表性动物?”海诺尔及其同事们对泰尔福德及其团队从核基因这是他们的主要证据建立的树形图的可靠性持怀疑态度.批评者们认为,生命树图谱上的主要分支存统计学意义上并没有它们应有的那样牢同.由于这个原因,

9、美国田纳西大学的种系遗传学家布赖恩?奥米拉(Brian0Meara)称,该树形图是”建设性的而非确定性的.”这项研究同时也遗漏了一些被科学家认为会削弱研究结论的数据而遭到了严厉的批评.论文的其中一位作者曾分析了一种与无腔涡虫关系密切的蠕虫(Mearastichopi)后,没有发现后口动物的小分子核醣核酸,便把Mearastichopi排除在小分子核醣核酸分析之外.同时,并不是每个人都相信小分子核醣核酸分析的力量.I天1为这样的分析只是最近才被应用于生物进化研究中的:而论文的发表则标志着这种方法作为一种解决物种间关系问题的T具的一次高调亮相.因为小分子核醣核酸可能在生物进化过程中被丢失,所以无腔

10、涡虫身上的后口动物小分子核醣核酸有可能起源于所有两侧对称动物的祖先,但后来在原口动物这条线上丢失了.由于有那么多未知数需要解密,研究人员也迫切地想解决这个问题.因此,作为一项称为”组装生命之树”的倡议的一部分.美国科学基金会(NSF)需要征求针对生物进化史上深层分化的各种建议.NSF项目主任提姆?柯林斯(TimCollins)说:”我们在团体内部做得很好.但我们在重建生命树的最深层分支过程中碰到了难题.相对于已经过去的时问量而言,这些事件发生在相对较短的时间段内,因此增加了解决问题的难度”去年夏天,同在瑞典的海诺尔和泰尔福德住在一个房间内,他们在教授一个班级的同时.也在争论他们之间的分歧.讨论

11、一个正在进行的有可能解决这些分歧的联合项目:给无腔涡虫,异涡虫以及有争议的M.stichopi的完整基因组进行测序.待汇集了这些基因组的信息后,研究人员应该会对无腔涡虫适合放在进化树上的哪个位置达成一致的认识.海诺尔最近就新提议的生命树发表了自己的看法,并认为”我们在谈论一个非常接近尾声的结果,它必将产生巨大的影响.好的方面是,我们知道该如何解决这个问题”资料来源:Nature责任编辑:则鸣生命科学再造蚕丝创造医学奇迹1O00多年以来,商人从远东把丝绸布料沿着丝绸之路带到欧洲,这种既美丽又结实的布料在那里被制作成时尚服饰.如今生物工程师正把多种酶和半导体材料注入天然蛋白质纤维中,从而赋予其新的

12、功能:通过不同温度,剪切力和酸性状态等,处理这种改良的纤维以期生成具有显着特性的新颖材料.外科医生喜欢使用丝质缝合线,是因为它们强劲而且可与人体组织和谐共存.美国塔夫茨大学有关实验室更进一步,制成了能够用来嫁接取代受阻动脉部分的纤细导管材料,从而改变了心脏搭桥手术时从患者大腿截取一段静脉血管的做法.国立新加坡大学詹姆斯?戈赫及其研究小组在活猪膝盖上采用植入蚕丝架构干细胞的方法.再生了一种前体十字形韧带.生物相容性还赋予工程师一种设计有趣传感器的方法,塔夫茨大学和其他单位的工程师合作,通过镶嵌金属或者薄膜材料到蚕丝表面的方法,精巧地制造出了电子和光学材料.可能不远的将来医生就会把这种材料移植到大

13、脑深层,从而治疗癫痫和脊椎损伤蚕丝移植物在动物体内测试,已经显示其具有控制疾病发作的功效.科学家可以预见.植入体内的传感器会以电子学方式监控营养物质,药物剂量或者血液和组织中的细胞数量.并且沿着蚕丝纤维以光学方式记录和传送信息这类装置在寿命终结时会自行降解从而不必采用手术清除.研究人员还可以通过调节蛋白质晶体结构大小和排列顺序.控制合成蚕丝移植物在达到定量时间后溶解.遗传学取得的进展也指曰可待.201O年9月密西根州兰辛市克雷格生物技艺实验室宣称,该实验室通过遗传工程学方法使蚕分泌出较蛛丝纤维更具张力的蚕丝.能够更好地改善人造韧带,甚至也可以用于批量生产防弹背心之类的产品.资料来源:Sc1ent1f1cAmer1can易家康/编译墨:兰囫