世界上最簡(jiǎn)單的動(dòng)物揭示了隱藏的多樣性
世界上最簡(jiǎn)單的已知?jiǎng)游锏睦斫夂苌?,甚至沒有一個(gè)共同的名字。正式稱為Trichoplax adhaerens,因?yàn)樗掣皆诓A髅笊?,無定形的斑點(diǎn)看起來并不多。在幾毫米寬的地方,這個(gè)生物就像一個(gè)壓扁的三明治,其中頂層保護(hù),底層爬行,粘糊糊的餡料將它們?nèi)空吃谝黄稹]有器官和只有少數(shù)細(xì)胞類型,關(guān)于T. adhaerens最有趣的事情可能就是它是多么令人難以置信的無聊。
“當(dāng)我第一次聽到這個(gè)東西時(shí),我很著迷,因?yàn)樗鼪]有真正明確的身體,”德國(guó)路德維希馬克西米利安大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家Michael Eitel說。“沒有嘴巴,沒有背部,沒有神經(jīng)細(xì)胞,沒有任何東西。”
但是,經(jīng)過四年艱苦地重建斑點(diǎn)的基因組,艾特爾可能比這個(gè)星球上任何其他人都更了解這個(gè)有機(jī)體。特別是,他仔細(xì)研究了其遺傳密碼,以了解視覺檢查未能揭示的內(nèi)容。生物學(xué)家長(zhǎng)期以來稱為T. adhaerens的生物種類實(shí)際上至少有兩種,也許多達(dá)十二種,在解剖學(xué)上相同但在遺傳上不同的“隱藏物種”的動(dòng)物。這一發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了分類學(xué)的先例,即命名生物的科學(xué),這是第一次新的動(dòng)物屬不是通過外觀來定義,而是通過純粹的遺傳學(xué)來定義。
現(xiàn)代的分類系統(tǒng),自19世紀(jì)50年代Carl Linnaeus解決以來幾乎沒有變化,試圖將生命之樹砍成七個(gè)整齊的水平,給每個(gè)物種一個(gè)獨(dú)特的標(biāo)簽。這個(gè)由兩部分組成的科學(xué)名稱(如智人(Homo sapiens))代表通過這棵樹的分支路徑的尾端,從最厚的四肢,王國(guó)開始,最后是最細(xì)的樹枝,屬(Homo),然后是物種(sapiens)。該路徑告訴你關(guān)于有機(jī)體與其他生物群的關(guān)系的所有信息,至少在理論上是這樣。
自從19世紀(jì)后期發(fā)現(xiàn)以來,T。adhaerens一直被認(rèn)為具有非常不尋常的身體計(jì)劃,并且它已經(jīng)正式擁有Placozoa(“扁平動(dòng)物”)的門直到半個(gè)世紀(jì)。只有一個(gè)層次比王國(guó)更具體,一個(gè)門是一個(gè)單獨(dú)占據(jù)的洞穴空間:我們的門,Chordata,溢出著超過65,000種生物,從孔雀到鯨魚到鰻魚。生物學(xué)家長(zhǎng)期以來一直懷疑Placozoa隱藏了更多的多樣性,并且線粒體證據(jù)在2004年增強(qiáng)了這種懷疑,當(dāng)時(shí)研究人員發(fā)現(xiàn)來自不同個(gè)體的短序列看起來與來自不同家族的生物的短序列(一個(gè)級(jí)別比一般的更普遍)。
但是關(guān)于這兩個(gè)Placozoa的觀察結(jié)果并沒有達(dá)到公認(rèn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),即將它們納入新的分類學(xué)類別,這些類別歷來以動(dòng)物的形式為基礎(chǔ)。“當(dāng)時(shí)我們剛剛發(fā)現(xiàn)了遺傳差異,”Allen G. Collins說,他是2004年論文的合著者,也是國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)國(guó)家系統(tǒng)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的動(dòng)物學(xué)家。“看看我們收集的動(dòng)物,它們?cè)谛螒B(tài)上可能會(huì)有所不同,這是不可辨別的。”
為了完成柯林斯的開始,Eitel和他的同事們決定放棄視覺方法并尋找在placozoan基因組中定義特征的方法。
他們首先用柯林斯使用的相同易于序列的線粒體DNA繪制了門的遺傳區(qū)域。通過比較這種被稱為16S的分子的數(shù)據(jù),Eitel得出結(jié)論,來自香港的特定種類的Placozoa是標(biāo)準(zhǔn)菌株的最遠(yuǎn)親,其基因組在2008年已經(jīng)完全測(cè)序。如果任何一組有資格作為一個(gè)不同的物種,這是一個(gè)。
接下來,他需要閱讀,排序和解釋構(gòu)成香港變體基因組的80多萬個(gè)A,G,C和T核苷酸堿基。種植幾千個(gè)placozoans,將它們混合以提取它們的核DNA并將其基因組的片段轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式需要幾個(gè)星期,但是將這些片段按順序排列并確定每個(gè)部分的確是如此多年擺弄計(jì)算機(jī)程序。當(dāng)團(tuán)隊(duì)最終有一個(gè)完整的基因組可供比較時(shí),結(jié)果證明值得等待。“我們希望找到差異,但當(dāng)我第一次看到我們的分析結(jié)果時(shí),我真的不知所措,”Eitel說。
四分之一的基因處于錯(cuò)誤的位置或向后寫。類似蛋白質(zhì)的說明平均差異接近30%,在某些情況下高達(dá)80%。香港品種遺失了4%的遠(yuǎn)親表親基因,并擁有自己獨(dú)特的基因份額??傮w而言,香港的placozoan基因組與T.adhaerens的基因組大不相同,因?yàn)槿祟怐NA來自小鼠DNA。“這真的很引人注目,”艾特爾說。“它們看起來一樣,我們看起來與老鼠完全不同。”
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