鴨嘴獸基因組的第一個完整圖譜剛剛發布,它與您所期望的一樣奇怪,它具有10條性染色體,一對有毒的刺骨,一層螢光皮毛和「發汗」的皮膚牛奶。
鴨嘴鴨嘴獸確實是地球上最奇怪的生物之一。除了尖銳的針ech蟲外,這兩隻澳大利亞動物還屬於高度專業化的哺乳動物群體,稱為monotremes,它們不僅產卵,而且還用乳汁餵養幼仔。
兩者的基因都是相對原始且不變的,揭示了幾種脊椎動物的奇異混合體,包括鳥類,爬行動物和哺乳動物。
乍一看鴨嘴獸似乎與眾不同,正是這些差異揭示了我們與地球其他脊椎動物的相似之處和共同的血統。
科學家認為,它的基因組可以告訴我們有關自身進化的秘密,以及我們遙遠的哺乳動物祖先從產卵到生育的過程。
哥本哈根大學的進化生物學家張國傑解釋說: 「完整的基因組為我們提供了鴨嘴獸的一些怪異特徵如何出現的答案。」
「與此同時,對鴨嘴獸的基因組進行解碼對於增進我們對其他哺乳動物(包括我們人類)如何進化的認識非常重要。」
在過去的幾年中,雌性鴨嘴獸已對其某些基因組進行了測序,但是由於沒有任何Y染色體序列,因此缺少許多信息。
研究人員現在使用雄性鴨嘴獸繪製了一張具有高精度鴨嘴獸基因組的物理圖譜。
今天,活著的哺乳動物被分為三類,包括單性類,有袋類和以太類或「胎盤類」-我們人類屬於最後一組。
後兩者共同構成了一個被稱為泰安哺乳動物的子類。塞恩人的哺乳動物都出生年輕,但單調相差太大,以至於不能與該群體混為一談。
目前尚不清楚這三個不同的組何時開始彼此分離。有人認為,一元論首先分裂開來,有袋和以太坊緊隨其後。其他人則認為這三組大致在同一時間分歧。
鴨嘴獸的基因組現在幫助清理了一些日期。從針ech和鴨嘴獸血統收集的數據表明,他們的最後共同祖先活到5700萬年前。
同時,大約在1.87億年前,單峰總體上與有袋動物和以太坊哺乳動物不同。
即使在所有這些時間之後,半水鴨嘴仍然保持明顯不變,在澳大利亞叢林中佔據了一個利基,這是許多有袋動物和哺乳動物根本無法做到的。
這組作者對動物的性染色體特別感興趣,該性染色體似乎獨立於其他泰勒亞哺乳動物而起源,它們都包含一個簡單的XY對。
鴨嘴獸是唯一已知的具有10條性染色體的動物(針ech類動物有9條)。鴨嘴獸的5X和5Y染色體呈環狀組織,在哺乳動物進化過程中似乎分裂成碎片。
通過將該染色體信息與人類,負鼠,塔斯馬尼亞惡魔,雞和蜥蜴基因組進行比較,作者發現鴨嘴獸的性染色體與鳥類(如雞)相比,比人類等哺乳動物具有更多的共同點。
但是,鴨嘴獸像雞一樣產卵,它們像泰安河哺乳動物一樣餵養幼乳。
因此,最極端的基因組包含其他泰勒族哺乳動物擁有的大部分牛奶基因也就不足為奇了。
酪蛋白基因有助於編碼哺乳動物乳汁中的某些蛋白質,但是單峰蛋白似乎具有功能未知的額外酪蛋白。就是說,他們的牛奶與來自母牛乃至哺乳期的人的牛奶並無不同。
因此,鴨嘴獸可能不像其他鳥類和爬行動物那樣依賴卵蛋白,因為它們以後可以通過其皮膚上的泌乳腺餵養它們的幼體。
它的基因組支持這一點。儘管鳥類和爬行動物依靠三種編碼主要卵蛋白的基因,但鴨嘴獸似乎已在大約1.3億年前失去了這些基因中的大多數。今天的雞擁有所有三個卵蛋白基因,人類沒有,而鴨嘴獸只剩下一個完整的功能基因。
鴨嘴獸介於兩者之間,其基因組是通往我們自身進化過去的橋梁。
「它告訴我們在所有現存哺乳動物物種牛奶產量已經通過相同的一組從170多萬年前生活的共同祖先的基因研製-旁邊的早期恐龍在侏羅紀時期,」張說。
完整的基因組還揭示了與牙齒發育有關的四個基因的丟失,這些基因可能在大約1.2億年前消失了。為了吃東西,鴨嘴獸現在使用一對角狀的盤子來研磨食物。
其後腿上的有毒刺刺可能是由該生物的防禦素基因解釋的,該防禦素基因與其他哺乳動物的免疫系統有關,並似乎在其毒液中產生獨特的蛋白質。棘足動物也具有其完整的基因組序列,似乎失去了這個關鍵的毒液基因。
這組作者說,他們的研究結果代表了「鴨嘴獸和針茅的一些最令人著迷的生物學」。