作者:黄辛 来源:科学时报 发布时间:2010-2-2 9:53:48
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中美与中英两科研小组并肩在《当代生物学》发表论文
 
日前,《当代生物学》(Current Biology)在线同时发表了两篇与内地学者相关的文章:一篇是在密歇根大学做访问研究的中国科学院昆明动物研究所副研究员李英、昆明动物所硕士研究生刘振以及研究员施鹏与美国密歇根大学教授张建之合作发表的《听觉基因Prestin聚类回声定位蝙蝠与鲸》;另一篇是华东师范大学博士研究生刘洋、硕士研究生沈斌和韩秀群与其导师张树义教授以及英国学者Rossiter、Cotton博士合作发表的《回声定位蝙蝠与海豚基因序列的趋同进化》。三国学者共同留下一段“文人相敬”的科学佳话。
 
趋同进化是指不同生物类群中独立进化出相似性状的事件。趋同进化在形态学上普遍存在,也是支持达尔文自然选择学说的重要证据,但迄今为止在分子水平上趋同进化的例子并不多见。大部分蝙蝠具有发达的高频回声定位能力,而回声定位和飞翔也是蝙蝠在自然界生存、繁衍和适应的重要特征。2008年,张树义与Rossiter等联合在美国《国家科学院院刊》(PNAS)发表文章揭示,在两类进化上独立的回声定位蝙蝠中,prestin基因经历了趋同进化;他们还证明了这一过程是由自然选择驱动的。
 
随后,中美、中英学者各自独立地想到另一个更为深入的题目:在自然界,鲸是除蝙蝠之外的另一类具有发达回声定位能力的哺乳动物;那么,回声定位的蝙蝠与回声定位的鲸之间是否存在听觉基因的趋同进化?为了在分子水平上探讨这一问题,中美学者从具有回声定位的海豚的基因组中扩增了与听觉相关的基因prestin,并分别用最大似然法、最大简约法,和邻接法对海豚、蝙蝠和其他哺乳动物的prestin基因作了进化分析。他们发现当用prestin蛋白质序列构建系统发育树时,这3种方法都将具有回声定位的蝙蝠和海豚聚到一起,而用同义突变核苷酸位点所构的进化树却又很好地符合其物种树。为了解释这种不一致的现象,他们又分别利用树形比较和祖先序列与现存序列比较两种方法找出了造成这种差异的位点。经过仔细论证,并且排除了造成这种现象的其他可能因素(DNA污染、长枝吸引、水平基因转移、氨基酸使用偏好等),他们最终得出了这种现象的出现是适应性平行进化的结果,并且鉴别出了11个平行进化位点。这11个位点的平行进化可能使蝙蝠和鲸的prestin蛋白具有在回声定位过程中检测高频超声波的功能。这项工作为探讨回声定位的分子机制迈出了重要一步。
 
中英学者提出假设:回声定位鲸类和回声定位蝙蝠的prestin基因在分子水平上也许同样存在趋同进化。Prestin基因编码的蛋白在兽类耳蜗的外毛细胞中表达,与耳蜗对声音频率的敏感性和选择性有关。经过实验,他们从基因组DNA中得到7种鲸类的prestin基因序列全长。通过prestin基因树的构建以及选择压力的分析,他们发现4种具有高频回声定位能力的海豚和回声定位蝙蝠在基因树上聚成了一个支持度很高的单系群,有明显的趋同进化的可能。同样令人兴奋的是:两种非回声定位的须鲸在基因树上还是同它们的鲸偶蹄目近亲——牛聚在一起,并没有同回声定位蝙蝠聚在一起。在排除长枝吸引和基因转换等其他非自然选择因素的影响后,他们肯定了在两类独立产生的高频回声定位物种中发生趋同进化的结论。有趣的是,当抹香鲸的序列被加入后,两类回声定位物种中趋同进化的信号明显减弱。因此,他们得出结论:对高频声音的敏感听觉,而不仅仅是回声定位,是蝙蝠、海豚这两类亲缘关系很远的动物类群之间发生基因序列趋同进化的原因。
 
在两个团队各自独立研究接近尾声的时候,他们了解到对方团队也在进行相关研究,于是,两个团队友好地保持联系,并肩投稿到《当代生物学》,该杂志接受并发表了这两篇各自独立完成的科研论文。
 
 
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