大約6億年前，地球上最早的動(dòng)物誕生了。此后，它們演化出了令人驚嘆的多樣性，形成了包括人類在內(nèi)的數(shù)百萬(wàn)個(gè)物種。但是，人類是如何由最原始的動(dòng)物一步步演化而來的?在拼湊起這個(gè)漫長(zhǎng)的演化故事之前，首先需要知道我們與其它動(dòng)物群體的關(guān)系。

回顧人類的譜系樹，我們很容易看出我們屬于人科、靈長(zhǎng)類和哺乳動(dòng)物。甚至早在兩千多年前，亞里士多德就已經(jīng)因?yàn)椴溉閯?dòng)物、鳥類、爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物和魚類都擁有脊椎這一共同特征，將它們歸為一類，即我們所說的脊椎動(dòng)物。

脊椎動(dòng)物的起源深藏于動(dòng)物的生命史之中，最早的脊椎動(dòng)物化石可以追溯到5億多年前。在過去150年中，關(guān)于這些早期化石的研究一直爭(zhēng)議不斷，想要破解這種古老關(guān)系非常困難。最近，一篇發(fā)表于《科學(xué)·進(jìn)展》的研究提供了一些新見解。

海星長(zhǎng)久被認(rèn)為是人類近親

一個(gè)多世紀(jì)以來的普遍觀點(diǎn)認(rèn)為，與人類最親近的無(wú)脊椎動(dòng)物是一個(gè)與脊椎動(dòng)物完全沒有相似之處的群體：棘皮動(dòng)物，包括海星、海參和海膽。

1908年，奧地利動(dòng)物學(xué)家卡爾·格羅本首次提出了這個(gè)觀點(diǎn)。格羅本研究了不同物種最早的胚胎發(fā)育事件(胚胎的第一個(gè)細(xì)胞是如何分裂的，以及嘴最初是如何形成的)，從而將絕大多數(shù)動(dòng)物劃分為兩大分支。他認(rèn)為，脊椎動(dòng)物和棘皮動(dòng)物屬于后口動(dòng)物，其它無(wú)脊椎動(dòng)物屬于原口動(dòng)物，包括昆蟲、蚯蚓、軟體動(dòng)物和線蟲。

長(zhǎng)久以來，權(quán)威觀點(diǎn)一直認(rèn)為脊椎動(dòng)物與棘皮動(dòng)物關(guān)系密切。但最近，通過比較不同動(dòng)物的DNA，研究者重建了演化的譜系樹，看到了一些意想不到的結(jié)果。這些新結(jié)論向上述傳統(tǒng)觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑。同時(shí)，研究者還在一些原口動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)了原本被認(rèn)為只出現(xiàn)于后口動(dòng)物胚胎發(fā)育過程的特征。

這些結(jié)果表明，棘皮動(dòng)物是脊椎動(dòng)物近親的證據(jù)可能比長(zhǎng)期以來認(rèn)為的要弱。

新發(fā)現(xiàn)帶來新挑戰(zhàn)

DNA序列的變化記錄了不同動(dòng)物之間的關(guān)系。比較了整個(gè)動(dòng)物王國(guó)的基因DNA序列，以重建動(dòng)物的演化譜系樹。

為了確認(rèn)DNA數(shù)據(jù)能否有力地支持脊椎動(dòng)物和棘皮動(dòng)物之間的密切關(guān)系，研究者研究了只存在于脊椎動(dòng)物和棘皮動(dòng)物中，但在其他動(dòng)物中沒有發(fā)現(xiàn)的DNA變化的數(shù)量。在這個(gè)過程中，任何共同特征的出現(xiàn)，都將是支持這一密切關(guān)系的證據(jù)。

在研究者關(guān)注的大約5000個(gè)不同的基因中，對(duì)于其中的70%，原口分支能得到比后口分支更多的獨(dú)特變化的支持。這意味著原口分支上動(dòng)物的DNA有很多共有而區(qū)別于其他分支的變化，DNA證據(jù)有力地支持了這一點(diǎn)。相比之下，脊椎動(dòng)物和棘皮動(dòng)物的密切關(guān)系卻沒有充足的證據(jù)來證明，它們之間相同的特有DNA變化較少。

接下來研究者嘗試了脊椎動(dòng)物、棘皮動(dòng)物和原口動(dòng)物的不同排列，并用3種方式分別構(gòu)建演化樹：第一種典型的后口樹認(rèn)為脊椎動(dòng)物和棘皮動(dòng)物是近親;第二種演化樹里的棘皮動(dòng)物與原口動(dòng)物的關(guān)系比與脊椎動(dòng)物的更密切;最后一種的脊椎動(dòng)物與原口動(dòng)物的關(guān)系比與棘皮動(dòng)物更密切。

研究者發(fā)現(xiàn)對(duì)很多基因來說，并沒有大量的DNA變化能夠支持這3種演化樹中的任何一種。在顯示出明顯傾向的基因分析中，只有略超過半數(shù)的基因顯示，后口樹成立的可能性比另外兩種可能性更高。結(jié)果顯示，脊椎動(dòng)物、棘皮動(dòng)物和原口動(dòng)物這三個(gè)分支在很短的時(shí)間內(nèi)就彼此分開了，因此DNA沒有充足的時(shí)間形成大量變化。也就是說，現(xiàn)在很難判斷與這些群體相關(guān)的這三種演化樹中，哪一種才是正確的。

兩支后口動(dòng)物演化速率慢

為什么以往的大多數(shù)DNA研究都支持后口樹，而新的實(shí)驗(yàn)卻表明這種樹與另外兩種幾乎沒有區(qū)別?研究者想要知道，當(dāng)不同的分支以不同的速度演化時(shí)，分析過程是否會(huì)更容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。

為了找到答案，研究者利用計(jì)算機(jī)模擬了每個(gè)場(chǎng)景中DNA的演化過程，從一個(gè)代表祖先動(dòng)物的隨機(jī)合成的DNA序列開始。這三種演化樹都顯示，這個(gè)DNA序列可以通過積累變異實(shí)現(xiàn)演化。

當(dāng)研究者根據(jù)后口樹進(jìn)行模擬時(shí)，總能正確地構(gòu)建這棵樹;但在模擬其他兩棵樹的數(shù)據(jù)時(shí)，結(jié)果并不總是正確，錯(cuò)誤不時(shí)會(huì)發(fā)生。當(dāng)研究者增加不同群體演化速率的差異時(shí)，這種錯(cuò)誤就愈發(fā)頻繁。

這一結(jié)果表明，在真實(shí)的DNA數(shù)據(jù)中可能存在錯(cuò)誤，然而即使出現(xiàn)錯(cuò)誤，研究者也能重建后口樹。這一錯(cuò)誤的原因可能是兩支后口動(dòng)物(脊椎動(dòng)物和棘皮動(dòng)物)的演化速率比其他分支慢。這使得它們彼此之間的相似度看起來比它們與原口動(dòng)物的相似度更高，即便它們實(shí)際上并不是近親。

于是研究者得出結(jié)論：一個(gè)多世紀(jì)以來，教科書中脊椎動(dòng)物和棘皮動(dòng)物關(guān)系密切的觀點(diǎn)可能是錯(cuò)誤的。這個(gè)演化問題很難解決，并且脊椎動(dòng)物與蝸牛和蒼蠅的關(guān)系可能都比與海星的關(guān)系更為密切。

(馬克斯·特爾福德、帕斯查利亞·卡普利撰文，張乃欣翻譯，據(jù)《環(huán)球科學(xué)》)

關(guān)鍵詞： 脊椎動(dòng)物 海星 人類近親 動(dòng)物