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海星與(yu) 昆蟲，誰才是與(yu) 人類關(guan) 係更近的動物類群？這個(ge) 看似有些荒誕的問題，卻是演化動物學家們(men) 試圖探究的關(guan) 鍵問題。自動物誕生以來，它們(men) 向脊椎動物演化的道路，就是人們(men) 好奇的問題。主流觀點認為(wei) ，棘皮動物是與(yu) 脊椎動物最近的類群，而本文作者則在近期的研究中通過DNA比對向這個(ge) 觀點提出了質疑……

撰文：馬克斯·特爾福德（Max Telford） 帕斯查利亞(ya) ·卡普利（Paschalia Kapli）

翻譯：張乃欣

審校：曾小歡 吳非

大約6億(yi) 年前，地球上最早的動物誕生了。此後，它們(men) 演化出了令人驚歎的多樣性，形成了包括人類在內(nei) 的數百萬(wan) 個(ge) 物種。但是，我們(men) 是如何由最原始的動物一步步演化而來的，這個(ge) 問題令人著迷，但也令科學家感到困惑。在拚湊起這個(ge) 漫長的演化故事之前，我們(men) 首先需要知道，我們(men) 與(yu) 其他動物群體(ti) 的關(guan) 係。

在我們(men) 回顧人類的譜係樹時，會(hui) 發現很多方麵都是顯而易見的。例如，我們(men) 很容易看出我們(men) 屬於(yu) 人科、靈長類和哺乳動物。甚至早在兩(liang) 千多年前，亞(ya) 裏士多德就已經因為(wei) 哺乳動物、鳥類、爬行動物、兩(liang) 棲動物和魚類都擁有脊椎這一共同特征，將它們(men) 歸為(wei) 一類，也就是我們(men) 所說的脊椎動物。

脊椎動物的起源深藏於(yu) 動物的生命史之中，最早的脊椎動物化石可以追溯到5億(yi) 多年前。在過去150年中，關(guan) 於(yu) 這些早期化石的研究一直爭(zheng) 議不斷，因此想要破解這種古老關(guan) 係非常困難。最近，我們(men) 發表於(yu) 《科學·進展》（Science Advances）的研究提供了一些新見解。

海星遠親(qin) ？

考慮到這些困難，人們(men) 可能會(hui) 感到驚訝的是，科學界對於(yu) 誰是脊椎動物最親(qin) 近的親(qin) 戚這一問題竟能達成共識。更出乎意料的是，一個(ge) 多世紀以來的普遍觀點認為(wei) ，與(yu) 我們(men) 最親(qin) 近的無脊椎動物是一個(ge) 與(yu) 脊椎動物完全沒有相似之處的群體(ti) ：棘皮動物，包括海星、海參和海膽。

1908年，奧地利動物學家卡爾·格羅本（Karl Grobben）首次提出了這個(ge) 觀點。格羅本研究了不同物種的最早的胚胎發育事件（胚胎的第一個(ge) 細胞是如何分裂的，以及嘴最初是如何形成的），從(cong) 而將絕大多數動物劃分為(wei) 兩(liang) 大分支。他認為(wei) ，脊椎動物和棘皮動物屬於(yu) “後口動物”，其他無脊椎動物屬於(yu) 原口動物，包括昆蟲、蚯蚓、軟體(ti) 動物和線蟲。

長久以來，權威觀點一直認為(wei) 脊椎動物與(yu) 棘皮動物關(guan) 係密切。但最近，通過比較不同動物的DNA，我們(men) 重建了演化的譜係樹，看到了一些意想不到的結果。這些新結論向上述傳(chuan) 統觀點提出了質疑。同時，我們(men) 還在一些原口動物中發現了原本被認為(wei) 隻出現於(yu) 後口動物胚胎發育過程的特征。

這些結果表明，棘皮動物是脊椎動物近親(qin) 的證據可能比長期以來認為(wei) 的要弱。

新發現

DNA序列的變化記錄了不同動物之間的關(guan) 係。我們(men) 比較了整個(ge) 動物王國的基因DNA序列，以重建動物的演化譜係樹。

為(wei) 了確認DNA數據能否有力地支持脊椎動物和棘皮動物之間的密切關(guan) 係，我們(men) 研究了隻存在於(yu) 脊椎動物和棘皮動物中，但在其他動物中沒有發現的DNA變化的數量。在這個(ge) 過程中，任何共同特征的出現，都將是支持密切關(guan) 係的證據。

我們(men) 關(guan) 注了大約5000個(ge) 不同的基因中，對於(yu) 其中的70%，原口分支能得到比後口分支更多的獨特變化的支持。這意味著原口分支上的動物的DNA有很多共有而區別於(yu) 其他分支的變化，DNA證據有力地支持了這一點。相比之下，脊椎動物和棘皮動物的密切關(guan) 係卻沒有充足的證據來證明，它們(men) 之間相同的特有DNA變化較少。

接下來我們(men) 嚐試了脊椎動物、棘皮動物和原口動物的不同排列，並用3種方式分別構建演化樹：第一種典型的後口樹認為(wei) 脊椎動物和棘皮動物是近親(qin) ：第二種演化樹裏的棘皮動物與(yu) 原口動物的關(guan) 係比與(yu) 脊椎動物的更密切；最後一種的脊椎動物與(yu) 原口動物的關(guan) 係比與(yu) 棘皮動物更密切。

3種演化樹的對比（圖片來源：本文作者）

我們(men) 發現對很多基因來說，並沒有大量的DNA變化能夠支持這3種演化樹中的任何一種。在顯示出明顯傾(qing) 向的基因分析中，隻有略超過半數的基因顯示，後口樹成立的可能性比另外兩(liang) 種可能性更高。我們(men) 的結果顯示，脊椎動物、棘皮動物和原口動物這三個(ge) 分支在很短的時間內(nei) 就彼此分開了，因此DNA沒有充足的時間形成大量變化。也就是說，現在很難判斷與(yu) 這些群體(ti) 相關(guan) 的這三種演化樹中，哪一種才是正確的。

後口樹

為(wei) 什麽(me) 以往的大多數DNA研究都支持後口樹，而我們(men) 的實驗卻表明這種樹與(yu) 另外兩(liang) 種幾乎沒有區別呢？我們(men) 想要知道，當不同的分支以不同的速度演化時，分析過程是否會(hui) 更容易產(chan) 生錯誤。

為(wei) 了找到答案，我們(men) 利用計算機模擬了每個(ge) 場景中DNA的演化過程。我們(men) 從(cong) 一個(ge) 代表了祖先動物的隨機合成的DNA序列開始。這三種演化樹都顯示，這個(ge) DNA序列可以通過積累變異實現演化。

當我們(men) 根據後口樹進行模擬時，我們(men) 總能正確地構建這棵樹；但在模擬其他兩(liang) 棵樹的數據時，結果並不總是正確，錯誤不時會(hui) 發生。當我們(men) 增加不同群體(ti) 演化速率的差異時，這種錯誤就愈發頻繁。

這一結果表明，在真實的DNA數據中可能存在錯誤，然而即使出現錯誤，我們(men) 也能重建後口樹。這一錯誤的原因可能是兩(liang) 支後口動物（脊椎動物和棘皮動物）的演化速率比其他分支慢。這使得它們(men) 彼此之間的相似度看起來比它們(men) 與(yu) 原口動物的相似度更高，即便它們(men) 實際上並不是近親(qin) 。

於(yu) 是我們(men) 得出結論：一個(ge) 多世紀以來，教科書(shu) 中脊椎動物和棘皮動物關(guan) 係密切的觀點可能是錯誤的。我們(men) 已經證明，這個(ge) 演化問題很難解決(jue) ，並且脊椎動物與(yu) 蝸牛和蒼蠅的關(guan) 係可能都比與(yu) 海星的關(guan) 係更為(wei) 密切。

作者簡介：

馬克斯·特爾福德是倫(lun) 敦大學學院動物學教授。

帕斯查利亞(ya) ·卡普利是倫(lun) 敦大學學院遺傳(chuan) 學、演化與(yu) 環境係研究員。

原文鏈接：

https://theconversation.com/are-we-more-closely-related-to-starfish-or-insects-our-study-questions-100-years-of-consensus-157740

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