演化之爭或迎來定論:海綿動物是演化樹中首個分支

一名潛水者觀看一種大型的圓桶海綿(barrel sponge),Xestospongia testudinaria(圖:Alamy Stock Photo)

在動物演化的研究領域中,一直存在一個具爭議性的問題:在時間的河流中回溯,來到所有動物的共同祖先,從此處開始,演化樹首個分支究竟是什麼?科學家圍繞這一問題產生了兩個答案:海綿動物和櫛水母,並為此爭論不休。

如今,一組研究人員經過統計學分析,聲稱答案是海綿動物。這一研究或許為這場持久的爭論划上了句號。

海綿動物?櫛水母?

海綿動物(sponges)是一種簡單得幾乎微不足道的小生靈,生活在海底。他們是簡單的多細胞動物,沒有神經系統,也沒有消化或循環系統。他們是濾食性動物(filter-feeders),全身布滿孔和管道,允許水流通過。大多數海綿動物正是依靠維持體內通過恆定的水流來獲取食物和氧,並排出廢物。

海綿動物的生物多樣性。黃色:管狀海綿 Aplysina fistularis,紫色:花瓶海綿 Niphates digitalis,紅色:包殼海綿 Spiratrella coccinea,灰色:繩狀海綿,Callyspongia sp.(圖:Wekipedia,
Flickr,NOAA Photo Library)

櫛水母(ctenophore,或 comb jelly)的結構比海綿動物複雜,他們看起來有點像水母,可以在水流中推進,製造光。櫛水母擁有簡單的神經系統和腸道,包括口和肛門。

一種稱為海胡桃的櫛水母,Mnemiopsis leidyi(圖:AP)

假設與模型

研究的作者、布里斯託大學(University of Bristol)系統發生基因組學(phylogenomics)教授 Davide Pisani 說,要回答誰是所有其他動物的姐妹,可以分別考慮這兩個答案,然後據此形成演化模型。

假設櫛水母是答案,那麼有兩種可能,第一種是所有動物的共同祖先已經相當複雜,擁有神經系統、腸道和肌肉,在之後的演化中,海綿動物丟失了這些特徵。第二種可能是櫛水母的特徵在其他動物中經過了多次演化。無論哪種假設,都相對複雜,而且會帶來其他問題,例如祖先動物捕食什麼為生。

如果海綿動物是所有其他動物的姐妹,那事情就簡單多了:所有動物都從一種濾食性動物演化而來。

讓數據解惑

同樣的基因數據用不同的演化模型解釋時,要麼支持海綿動物,要麼支持櫛水母。為了解決這一問題,研究人員使用了統計學方法。

Pisani 解釋,用這種方法,可以評估不同的模型對資料庫的解釋程度有多高,對比之下就可以發現不同模型的優劣。研究人員使用了迄今為止所有的基因資料庫進行了分析,結果發現,對數據描述更好的模型把海綿動物放在了演化樹的根部,這意味著海綿動物的勝出。

Pisani 指出,這一結果也與事實相契合,所有動物最近的仍然存活的親緣物種是一種濾食性水生動物,稱為領鞭蟲類(choanoflagellates)。

評價與意義

Pisani 相信櫛水母的支持者仍將繼續進行爭論,但他自己堅信,論戰已經結束,海綿動物是所有其他動物的姐妹,這就是結論。

Antonis Rokas 是 Vanderbilt 大學的生物科學和生物醫學信息學教授,之前曾發表過支持櫛水母的研究。他對這項最新的研究表示歡迎,稱它往解決爭論的正確方向上邁了一大步。對不同模型準確性的比較分析含義深刻。不過,他認為問題仍未結束。他很好奇如果再加上海綿動物和櫛水母世系的基因組,會產生何種結果。

有專家認為,這項成果為科學家研究最終的共同祖先提供了極大的提示。

 

參考資料:

  1. Feuda R, Dohrmann M, Pett W, Philippe H, Rota-Stabelli O, Lartillot N, Wörheide G, Pisani D, Improved Modeling of Compositional Heterogeneity Supports Sponges as Sister to All Other Animals, Current Biology, Available online 30 November 2017, ISSN 0960-9822, https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.11.008.
  2. Navis N, Evolution row ends as scientists declare sponges to be sister of all other animals, the guardian, Nov 30, 2017.
舒超
明日科學編輯,科大生命科學學院研究生,目前努力畢業中。做實驗之餘,喜歡讀書寫字,學習語言。鐘情中國古典文學。希望有朝一日走遍天下,增廣見聞。

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