化石鱼类挑战进化的“城市传奇”

想象一下,一只半吨金枪鱼摆放在靠近海马,小鱼和海鳗的码头上。 这只是在被称为硬骨鱼类或鱼鳍鱼类的鱼群中发现的令人惊讶的多样性的快照,现在这些鱼类有30,000种 - 比所有活的哺乳动物,鸟类,爬行动物和两栖动物组合更多。 十多年来,许多研究人员认为硬骨鱼类令人眼花缭乱的身体类型进化了,因为它们的直系祖先以某种方式复制了整个基因组,使整套基因可以自由地承担其他功能。

现在,对鱼类化石记录的检查提出了挑战。 尽管大约1.6亿年前复制了它们的基因组,但硬骨鱼在其最初的1.5亿年中酝酿了几种传统的体型。 与此同时,全息鱼类,一个基因组从未经历过倍增的相关组织,演变出惊人的多样化的身体计划。 英国曼彻斯特大学的古生物学家Robert Sansom说,这项研究“在测试关于......大规模进化变化的假设时,能够很好地展示化石记录的必要性。”

基因组重复和多样化之间的联系似乎非常直观,“它几乎成了城市的传奇”,布鲁明顿印第安纳大学的进化生物学家Michael Lynch说。 教科书的案例是硬骨鱼与其壮观的多样化之间的对比,以及全息手术,现在只有两种体型(弓和鱼)只有8种。 开花植物也充满了这种重复,并且是植物多样性的拥护者。 在这两种情况下,进化生物学家都认为一些DNA复制怪癖加倍了基因组。 然后,虽然预先存在的基因使物种保持活力,但额外的基因拷贝可以发展新的功能,从而加速进化变化。

约翰克拉克现在是宾夕法尼亚大学的古生物学家,他决定通过比较化石记录中硬骨鱼和全息手的多样性来测试这个“传奇”。 他访问了世界各地的15个博物馆,测量和拍摄了2.5亿至1亿年前的标本,然后比较了它们的多样化率。 “硬骨鱼并不总是特别的,”克拉克总结道。 正如他和他的同事今天在“ 美国国家科学院院刊”网络报道的那样, 。 与此同时,全息运动的形状和大小也各不相同,其中大部分已经灭绝。 加利福尼亚大学洛杉矶分校的进化鱼类学家迈克尔阿尔法罗指出,“没有重复基因组的[鱼]正在多样化,”与硬骨鱼一样快或甚至更快。

最近的其他工作也质疑了开花植物中基因重复的后果。 鉴于今天的植物经常进行基因组倍增和三倍增长,相对较少的生物物种在其基因组中埋藏了多组DNA,这表明这种双倍体往往往往是进化的死胡同。

一些证据表明,基因组重复实际上可能会促进多样性,但不会立即。 在几组开花植物中,例如芸苔属,包括卷心菜和木瓜,在基因组翻倍后,多样性似乎已经爆发了多达5000万年。 “来自植物领域的越来越多的例子[显示]是一个时间滞后,”东兰辛密歇根州立大学的进化发育遗传学家Ingo Braasch说。 以色列特拉维夫大学的进化生物学家伊塔伊梅罗斯说,这种滞后也可能在硬骨鱼故事中发挥作用。

然而,其他人认为现在是进化生物学家继续前进的时候了。 研究人员已经充分证明,许多物种都出现在硬骨鱼类中的进化开花中。 对于这种非同寻常的多样性,“基因组重复是一个非常好的,整洁的解释”,Sansom说。“现在我们需要寻找其背后机制的其他解释”。