2024-04-02
我国科学家重建现生鸟类演化“生命之树”
“万鸟计划”最新成果解决鸟类类群关系百余年争议
■本报记者 许琦敏
今天凌晨，国际著名学术期刊《自然》发表我国科学家主导的“万种鸟类基因组计划”（简称“万鸟计划”）第二阶段重要研究成果——基于计划第一阶段所构建的现生鸟类基因组图谱，研究团队重建了现生鸟类演化的生命之树。该研究厘清了现生鸟类各类群之间的关系，提出新分类方案，解决了鸟类类群关系长达一个多世纪的争议。
厘清“科”级别鸟类亲缘
据统计，目前生活在地球上的鸟类超过1万种，在生物分类学上属于鸟纲中的新鸟亚纲，如今95%的现生鸟类均隶属于该亚纲下的今颚类新鸟小纲。
数千万年前，新鸟小纲经历了快速的物种大爆发，在不到1000万年里分化出大量新的鸟类类群，基本奠定了当下全球鸟类物种多样性的格局。
“在快速演化过程中，会存在基因不完全谱系分流、分化后跨物种杂交等现象，这会使类群间的亲缘难以判定。”论文通讯作者、浙江大学生命演化研究中心讲席教授张国捷解释，这为科学家梳理各种鸟类的演化地位，以及不同类群之间关系带来了极大挑战，导致现生鸟类分类在“目”和“科”级别上极其混乱。因此，准确构建稳定可靠的鸟类系统关系树，成为构建生命之树领域的代表性难题。
在“万种鸟类基因组计划”第一阶段，研究团队构建了363种鸟类全基因组同源序列，覆盖了92%的现生鸟类“科”阶元，为重构鸟类“科”级别生命之树提供了可能。此次，研究团队改变了数据来源，从传统使用的、受进化选择压力较大的保守基因组区域，转向承受选择压力较小的基因间区域，从而获得了更为理想的构树效果。
张国捷表示，此次提出的新鸟类生命之树，在“科”级别上为人们理解现生鸟类的演化过程提供了基础性的分类框架，也为理解全面生物多样性格局的建立奠定了基础。
定位两次鸟类辐射时间节点
短短千万年间，演化出遍布水陆空的万余种现生鸟类，这场空前的新鸟类辐射性演化究竟发生在何时？
“过去，学界对这场演化发生的时间点存在较大争议。”论文共同作者、浙江大学生命演化研究中心研究员冯少鸿介绍，根据之前的分子生物学研究可以推定，这一事件发生在白垩纪—古近纪界限的大灭绝事件附近，但无法判定是发生在大灭绝之前还是之后，“此次，通过构建鸟类系统发育时间树，我们更支持大量新鸟类群是在大灭绝后发生快速辐射性演化的观点”。
同时，研究还发现，在白垩纪末期大灭绝事件后，早期新鸟类的有效种群大小发生了急剧扩张，并伴随有碱基替换率和相对脑容量急剧上升、体重急剧下降等一系列变化。冯少鸿认为，这也支持了“新鸟类发生快速辐射性演化是为了适应多样化的新兴生态位”的假说。
此外，该研究还定位了鸟类的另一个辐射性演化事件。冯少鸿介绍，这一事件发生在距今大约2240万年的古近纪—新近纪界线之后，使得雀形目鸟类成为现代鸟类的第一大类群，目前该类群有超过6000个物种。
提出全新类群“元素鸟”
作为恐龙的后裔，新鸟类在白垩纪大灭绝后以极为快速的辐射演化，迅速占领各种新兴生态位，从而成为如今地球上生物种群中极为重要的一员。
根据传统鸟类分类，新鸟亚纲大致分为古颚类、今颚类两个主要类群。其中，古颚类中包含了大量无法飞行的鸟类，如非洲的鸵鸟、大洋洲的鸸鹋和鹬鸵等。今颚类则分为鸡雁小纲、新鸟小纲两大分支，其中鸡雁小纲包括了我们熟悉的鸡、鸭、雁等鸟类。
此次的新分类方案则将包含95%现生鸟类的新鸟小纲划分为四个主要演化支，包括奇迹鸟类、鸽鸨类、陆鸟类和元素鸟类。
论文共同作者、中国科学院大学博士研究生陈光霁介绍，研究新提出的元素鸟类既包括主要在水域活动的企鹅、潜鸟、信天翁等鹭形类和鹤形类，也包括主要在陆地活动的麝雉等，还有更擅长在天空活动的夜鹰和雨燕等夜鹰目。
“这三个分类分别对应水、土、气三种古典元素，因此得名。”陈光霁解释，过去的研究将这几类鸟分散在不同的演化分支里，但此次的研究结果表明它们其实由相同的祖先分化而来，故而将其重新归类。
今天凌晨，国际著名学术期刊《自然》发表我国科学家主导的“万种鸟类基因组计划”（简称“万鸟计划”）第二阶段重要研究成果——基于计划第一阶段所构建的现生鸟类基因组图谱，研究团队重建了现生鸟类演化的生命之树。该研究厘清了现生鸟类各类群之间的关系，提出新分类方案，解决了鸟类类群关系长达一个多世纪的争议。
厘清“科”级别鸟类亲缘
据统计，目前生活在地球上的鸟类超过1万种，在生物分类学上属于鸟纲中的新鸟亚纲，如今95%的现生鸟类均隶属于该亚纲下的今颚类新鸟小纲。
数千万年前，新鸟小纲经历了快速的物种大爆发，在不到1000万年里分化出大量新的鸟类类群，基本奠定了当下全球鸟类物种多样性的格局。
“在快速演化过程中，会存在基因不完全谱系分流、分化后跨物种杂交等现象，这会使类群间的亲缘难以判定。”论文通讯作者、浙江大学生命演化研究中心讲席教授张国捷解释，这为科学家梳理各种鸟类的演化地位，以及不同类群之间关系带来了极大挑战，导致现生鸟类分类在“目”和“科”级别上极其混乱。因此，准确构建稳定可靠的鸟类系统关系树，成为构建生命之树领域的代表性难题。
在“万种鸟类基因组计划”第一阶段，研究团队构建了363种鸟类全基因组同源序列，覆盖了92%的现生鸟类“科”阶元，为重构鸟类“科”级别生命之树提供了可能。此次，研究团队改变了数据来源，从传统使用的、受进化选择压力较大的保守基因组区域，转向承受选择压力较小的基因间区域，从而获得了更为理想的构树效果。
张国捷表示，此次提出的新鸟类生命之树，在“科”级别上为人们理解现生鸟类的演化过程提供了基础性的分类框架，也为理解全面生物多样性格局的建立奠定了基础。
定位两次鸟类辐射时间节点
短短千万年间，演化出遍布水陆空的万余种现生鸟类，这场空前的新鸟类辐射性演化究竟发生在何时？
“过去，学界对这场演化发生的时间点存在较大争议。”论文共同作者、浙江大学生命演化研究中心研究员冯少鸿介绍，根据之前的分子生物学研究可以推定，这一事件发生在白垩纪—古近纪界限的大灭绝事件附近，但无法判定是发生在大灭绝之前还是之后，“此次，通过构建鸟类系统发育时间树，我们更支持大量新鸟类群是在大灭绝后发生快速辐射性演化的观点”。
同时，研究还发现，在白垩纪末期大灭绝事件后，早期新鸟类的有效种群大小发生了急剧扩张，并伴随有碱基替换率和相对脑容量急剧上升、体重急剧下降等一系列变化。冯少鸿认为，这也支持了“新鸟类发生快速辐射性演化是为了适应多样化的新兴生态位”的假说。
此外，该研究还定位了鸟类的另一个辐射性演化事件。冯少鸿介绍，这一事件发生在距今大约2240万年的古近纪—新近纪界线之后，使得雀形目鸟类成为现代鸟类的第一大类群，目前该类群有超过6000个物种。
提出全新类群“元素鸟”
作为恐龙的后裔，新鸟类在白垩纪大灭绝后以极为快速的辐射演化，迅速占领各种新兴生态位，从而成为如今地球上生物种群中极为重要的一员。
根据传统鸟类分类，新鸟亚纲大致分为古颚类、今颚类两个主要类群。其中，古颚类中包含了大量无法飞行的鸟类，如非洲的鸵鸟、大洋洲的鸸鹋和鹬鸵等。今颚类则分为鸡雁小纲、新鸟小纲两大分支，其中鸡雁小纲包括了我们熟悉的鸡、鸭、雁等鸟类。
此次的新分类方案则将包含95%现生鸟类的新鸟小纲划分为四个主要演化支，包括奇迹鸟类、鸽鸨类、陆鸟类和元素鸟类。
论文共同作者、中国科学院大学博士研究生陈光霁介绍，研究新提出的元素鸟类既包括主要在水域活动的企鹅、潜鸟、信天翁等鹭形类和鹤形类，也包括主要在陆地活动的麝雉等，还有更擅长在天空活动的夜鹰和雨燕等夜鹰目。
“这三个分类分别对应水、土、气三种古典元素，因此得名。”陈光霁解释，过去的研究将这几类鸟分散在不同的演化分支里，但此次的研究结果表明它们其实由相同的祖先分化而来，故而将其重新归类。