大量DNA數據顯示，雀鱔確實是“活化石”

1859年，查爾斯·達爾文創造了“活化石”這個詞，用來描述數千萬年來看起來都一樣的譜系，比如腔棘魚、鱘魚和馬蹄蟹。這個詞吸引了大眾的想象力，但科學家們一直在努力弄清楚，這些物種是與它們很久以前的祖先相似，還是在千萬年的時間里真正進化得很少。

現在，在今天發表在《Evolution》雜志上的一項研究中，研究人員證實，在一些(但不是全部)活化石中，進化實際上處于停滯狀態。最引人注目的例子是一種叫做gar（雀鱔）的史前魚類，它的分子進化速度是所有有頜脊椎動物中最慢的。該團隊還提出了一種機制來解釋gar的永恒性:**的DNA修復機制。這種修復很可能保持了gar基因組的穩定，以至于最后一個共同祖先生活在1億多年前的物種甚至屬幾乎沒有分化，有些物種今天仍然可以雜交產生可存活的后代。

“這太神奇了，”沒有參與這項研究的羅格斯大學進化發育生物學家Tetsuya Nakamura也說。“這篇論文對什么是活化石這個問題做了很多有趣的研究，但當我讀到這篇文章時，我很震驚。”

為了了解幾種假定的活化石是否比其他脊椎動物進化得更慢，研究小組收集了478個物種的1100多個外顯子(基因組的編碼區域)的公開序列。利用每個族群現有的家譜，他們創造了一個巨大的進化樹。對于每個譜系，研究人員估計了所研究的外顯子中每個DNA堿基隨時間變化的速率——即所謂的替代率。

令人驚訝的是，他們發現并不是所有的活化石都停止了進化。腔棘魚、象鯊和一種叫做hoatzn的鳥都被認為是古老的，它們的突變率比預期的要快，每個位點每百萬年大約有0.0005個突變，盡管這仍然比兩棲動物(每百萬年0.007個突變)和胎盤哺乳動物(每百萬年0.02個突變)的平均速度要慢。這一發現支持了這樣一種觀點，即一些仍然與它們的古代祖先相似的物種在分子水平上發生了變化。

但是，長著長長的、有牙齒的鼻子的淡水魚魚卻不同:在幾乎每個外顯子中，魚的分子取代率是最慢的，通常是幾個數量級，平均每百萬年每個位點只有0.00009個突變。事實上，大約2000萬年前分化的兩個屬在幾乎所有分析的位點上都有相同的序列——研究小組最初將這一發現歸因于測序錯誤。“我進入這個項目時對使用活化石這個詞持謹慎態度，”研究報告的合著者、耶魯大學進化生物學博士生Chase Brownstein說。“但至少對孩子們來說，這是一個合適的術語。”

作者認為，由于基因的替代率在各個位點上似乎一直很低——包括在不太可能受到選擇壓力的基因組區域——這可能是一種推動緩慢替代的全球機制。他們認為，在DNA發生突變或損傷后，蜥蜴在修復DNA方面非常有效，即使在它們周圍的大陸發生了變化，它們也不會進化。此前，其他研究人員也對鱘魚提出了類似的假設，在研究中，鱘魚的替代率在脊椎動物中排名第二。

倫敦大學學院的進化基因組學家Elise Parey說，DNA修復是“一個合理的假設，但可能不止一個解釋”。例如，專家們指出，gar的代謝率較慢，繁殖時間較長，這些特征可能會降低突變率。gar還保留了染色體中DNA的排列，并抑制了所謂的跳躍基因的影響。跳躍基因在基因組中從一個地方移動到另一個地方時，會導致基因重組。“這不僅適用于序列變化，也適用于染色體進化，這將是一個有趣的探索途徑，”Parey說。

為了驗證他們的發現，作者對俄克拉何馬州和德克薩斯州河流中可能是自然雜交的不尋常gar的報道進行了跟蹤調查。他們分析了幾十條這種魚的組織樣本，以追蹤它們的祖先，發現兩種黃鱔屬——atractosteus和lepisosteus——正在雜交，產生可生育的雜交后代。這些群體最后一次擁有共同的祖先大約是在1.05億年前，這使得它們的分裂成為能夠產生可存活后代的真核生物中最古老的分裂。它們比之前的紀錄保持者——兩種蕨類植物——早了大約6000萬年。(頭腦敏銳的人可能會想起白鱘和鱘魚的雜交品種——sturddlefish，它們在更早以前就分化出來了，但那些偶然的雜交品種很可能是不育的，不會自然發生。)

下一步將是證明gar的DNA修復機制確實導致了它們缺乏基因變化。通過給斑馬魚(一種標準模型動物)植入gar DNA修復基因，研究人員或許能夠在實驗室中觀察這些基因的工作情況。Nakamura說:“這將是一個具有挑戰性的實驗，因為(DNA修復基因)是基本的，”對它們進行修補可能會產生意想不到的后果。

但作者表示，了解gar是如何保持如此低的突變率的，可能會帶來比在分子水平上理解活化石更大的回報。它還可能幫助人類更好地了解我們自己的DNA修復途徑，當它們失敗時可能導致癌癥。

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