距今8000萬(wan) 年前，澳洲大陸脫離了南極洲大陸向北漂移。由於(yu) 海水的隔絕，這片平坦而古老的大陸誕生了許多不同尋常的物種，在南半球演繹著另一番自然生機。有熟悉的袋鼠、考拉、袋狼、袋熊、鴯鶓、針鼴……還有鴨嘴獸(shou) 。這一樣貌和行為(wei) 都稱得上古怪的神奇動物，直到18世紀末才被人們(men) 發現。

它常常棲居於(yu) 河岸，也善潛水 | Tourism Australia blogger

鴨嘴獸(shou) （Ornithorhynchus anatinus）是最早分化形成的哺乳動物之一，在哺乳動物的演化過程中占據非常重要的位置。它和人類在大約1.8億(yi) 年前有著共同的祖先，通過研究它的基因組，科學家們(men) 可以得知關(guan) 於(yu) 性狀特征起源的諸多奧秘。

2021年1月7日，深圳華大生命科學研究院生物多樣性團隊、哥本哈根大學、浙江大學、澳大利亞(ya) 阿德萊德大學等單位聯合在英國著名雜誌《Nature》刊登發布的重磅文章，就為(wei) 我們(men) 講述了這其中的演化故事。

刊發在《Nature》的重磅成果

在一億(yi) 年前的演化故事

這次，中外科學家們(men) 首次成功構建出了包括人在內(nei) 的所有現生哺乳動物共同祖先的基因組圖譜。現代人有46條染色體(ti) ，而人和鴨嘴獸(shou) 的共同祖先很可能有60條染色體(ti) ，這些染色體(ti) 經過了很多次的變異才形成了今天的狀態。

推測哺乳動物的共同祖先 2n=60 | 參考文獻 [1]

此次的研究對象除了鴨嘴獸(shou) ，還包括短吻針鼴（Tachyglossus aculeatus）。它們(men) 都是單孔目的卵生哺乳動物，是現存哺乳動物中古老而原始的類型，在演化路徑上孤獨求索。

短吻針鼴，又稱為(wei) 澳洲針鼴 | Roman Sandoz, flickr

現存的單孔目動物一共僅(jin) 有五種，由於(yu) 它們(men) 排尿、排便、生殖都共用一個(ge) 開口，因此被命名為(wei) 單孔目（Monotreme）。它們(men) 曾經與(yu) 人類有著共同的哺乳動物，1.8億(yi) 年前在演化路上形成兩(liang) 個(ge) 分支，分別是人類所在的獸(shou) 亞(ya) 綱（Theria），鴨嘴獸(shou) 所在的原獸(shou) 亞(ya) 綱（Prototheria）。後來，原獸(shou) 亞(ya) 綱的其他幾個(ge) 目紛紛滅絕，僅(jin) 餘(yu) 單孔目；而其下的鴨嘴獸(shou) 科，也僅(jin) 餘(yu) 鴨嘴獸(shou) 一種。

日本國立博物館的鴨嘴獸(shou) 標本 | Motokoka, Wikimedia, CC BY-SA 4.0

研究團隊獲得鴨嘴獸(shou) 和針鼴的高質量基因組數據之後，通過對比人類、有袋類動物等基因組數據，得到不少關(guan) 於(yu) 演化的古早秘密——和其他哺乳動物一樣，鴨嘴獸(shou) 幼崽會(hui) 依靠媽媽的乳汁長大，但它們(men) 也有著不少怪異之處，比如它們(men) 的性染色體(ti) 數，是人類的五倍。

鴨嘴獸(shou) 的性染色體(ti) 比人類多

雖然人類與(yu) 鴨嘴獸(shou) 有著共同的祖先，但是在性染色體(ti) 發展上卻少有關(guan) 聯。人類有23對、46條染色體(ti) ，其中有1對是性染色體(ti) ，女性為(wei) XX，男性則為(wei) XY。鴨嘴獸(shou) 則有5對性染色體(ti) ，一共10條，雌性為(wei) 10條X染色體(ti) ，雄性有5條X染色體(ti) 和5條Y染色體(ti) 。

鴨嘴獸(shou) 有5對性染色體(ti) | 參考文獻 [1]

這會(hui) 不會(hui) 是在演化過程中，人類丟(diu) 失了一部分性染色體(ti) ，或是鴨嘴獸(shou) 複製了多幾組呢？本次的研究成果給出了答案——通過對比基因組發現，單孔目動物的性染色體(ti) 與(yu) 包括人在內(nei) 的大多數哺乳動物的性染色體(ti) 並沒有任何同源關(guan) 係。可以理解為(wei) ，人類與(yu) 鴨嘴獸(shou) 是在祖先分歧之後，各自獨立演化出了不同的性染色體(ti) 係統。

鴨嘴獸(shou) 有著特殊的性染色體(ti) 係統 | Field Museum, flickr

在對比了鴨嘴獸(shou) 和鳥類的性染色體(ti) 之後，研究團隊發現，鴨嘴獸(shou) 的性染色體(ti) 反倒與(yu) 鳥類的有更高的序列相似性。它們(men) 非常可能是通過多對古老的常染色體(ti) 相互之間發生非同源的片段交換而產(chan) 生，即發生了轉座異位。產(chan) 卵繁殖的鴨嘴獸(shou) 在性染色體(ti) 的層麵上，也與(yu) 鳥類有著不謀而合的傾(qing) 向。

推測可能發生的轉座異位情況 | 參考文獻 [1]

關(guan) 於(yu) 鴨嘴獸(shou) 的其他神奇設定

鴨嘴獸(shou) 種群數量並不多，被全球瀕危物種紅色名單IUCN評為(wei) 近危（Near Threatened ），我們(men) 隻能在澳洲見到。它們(men) 有著像鴨子的嘴巴，像河狸的身子，像水獺的爪子，以及扁平的尾巴幫它們(men) 在遊泳時獲得平衡。

模樣古怪的鴨嘴獸(shou) | Klaus, Wikipedia, CC BY-SA 2.0

雖然是哺乳動物，鴨嘴獸(shou) 卻靠產(chan) 卵繁殖。它們(men) 產(chan) 下來的蛋稍微不同於(yu) 鳥類的硬殼蛋，其直徑往往隻有1cm，而且是軟殼革質的。研究團隊發現，它們(men) 相較爬行類和鳥類來說雖然丟(diu) 掉了一些基因，但仍保留著多數參與(yu) 卵形成的基因（比如編碼卵黃蛋白原分子的基因——這一分子參與(yu) 了卵黃營養(yang) 物質運輸過程），而這些產(chan) 卵相關(guan) 的基因在人類、考拉等常見哺乳動物中已經完全丟(diu) 失。

破殼而出的鴨嘴獸(shou) 幼崽 | Smithsonian Channel

鴨嘴獸(shou) 的幼崽與(yu) 其他哺乳動物一樣，需要依靠媽媽分泌的乳汁成長。這一點在基因組數據中得到了印證，以鴨嘴獸(shou) 為(wei) 代表的單孔目物種有著參與(yu) 泌乳過程的基因，比如編碼酪蛋白（Casein）——乳汁中主要成分之一的基因。這也說明了哺乳這一特征和對應的基因，早在人類和鴨嘴獸(shou) 的共同祖先身上就已經演化形成；而我們(men) 體(ti) 內(nei) 的這段基因，也許1.8億(yi) 年前就已經存在。

小鴨嘴獸(shou) 靠哺乳喂養(yang) 長大 | MelbourneWater

鴨嘴獸(shou) 會(hui) 熟練地潛水，在水裏靠感受生物發出的微弱電場來定位捕食。它們(men) 的眼睛很小，並不常在水中使用，耳朵位於(yu) 眼睛後方的凹槽裏，會(hui) 在潛水之時閉合起來。而感受獵物的部位，正是它們(men) 那個(ge) 鴨子模樣的嘴巴——上萬(wan) 個(ge) 電感應器位於(yu) 嘴巴的皮膚上，如雷達一般能迅速感知水中生物的電信號。

作為(wei) 夜行性動物，在水中摸黑覓食，它們(men) 的犁鼻器受體(ti) 稍有擴大，這和其他夜行性動物有著類似的結論，犁鼻器受體(ti) 基因的數量也比針鼴等動物多。

它們(men) 並不是靠雙眼去尋找獵物 | Dave Irving, flickr

犁鼻器（Vomeronasal organ VNO）這一器官聽起來可能有些陌生，實際上人類也有這麽(me) 一個(ge) 部位。它位於(yu) 口腔頂壁、鼻腔底部，不過已經高度退化。動物學研究中，犁鼻器被證實是用於(yu) 輔助感受物質的氣味甚至荷爾蒙的，蛇類、蜥蜴、大象、牛羊、貓咪都有著類似的構造。比如蛇類在收回叉狀舌頭時，會(hui) 利用口腔上顎的犁鼻器來檢測空氣中的化學線索，以輔助判斷獵物或捕食者是否存在。

鴨嘴獸(shou) 每天的食量是自己體(ti) 重的15~30%，而它的胃卻幾乎退化了。它會(hui) 靠著扁平的鴨嘴在水底掘起食物，連同泥沙一並放入頰囊裏，帶到岸上再認真咀嚼。水中的蠕蟲、淡水蝦、蝌蚪、魚卵、蟲卵等等皆是鴨嘴獸(shou) 的食物。然而成年鴨嘴獸(shou) 並沒有牙齒，憑借帶有橫脊的角質化牙齦板，把食物反複碾碎消化；幾乎退化的胃，則被連接在一起的腸道和食管取代。

岸邊生活的大胃王 | Heinrich Harder, wiki commons

從(cong) 基因組分析裏能看出，鴨嘴獸(shou) 和針鼴都丟(diu) 失了許多牙齒和胃發育相關(guan) 的基因，比如參與(yu) 牙齒形成及牙釉基質礦質化的牙成釉細胞相關(guan) 基因（Odontogenic ameloblast-associated Gene），引導ATP酶將氫離子泵入胃中、刺激胃酸分泌過程的胃泌素基因（Gastrin Gene），而這兩(liang) 個(ge) 基因在我們(men) 人類身上仍存在。

科學探索，步履不停。從(cong) 繁複的基因組中，我們(men) 逐漸讀懂了一連串的生物密碼，也正在一步步地揭開，關(guan) 於(yu) 遠古生命的更多奧秘。

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