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动物如何从单细胞转变为超过30种不同的体型

虽然这个星球已经按照固定的万有引力法循环运行,但从如此简单的开始,无尽的形式,最美丽,最精彩的一直在进化。

动物如何从单细胞转变为超过30种不同的体型

所以查尔斯达尔文在他的物种起源中写道。动物的起源和进化是现代生物学中最令人着迷的问题之一。我们知道今天活着的各种各样的动物都来自单细胞的祖先。我们知道这种转变可能与地球的环境以及生物体如何与之相互作用以及遗传物质(基因组)的变化有关。

但我们不知道动物形状的多样性,即达尔文所描述的“无尽的形式,最美丽和最美妙”,是在第一个动物生命形态之后迅速出现的,或者它是否在它们的进化过程中出现得更晚。来自英国和美国的一群进化生物学家试图用科学期刊PNAS上发表的一篇最美丽,最精彩的论文来解决这个问题。

作者使用复杂的统计方法分析了许多动物解剖学。他们的研究结果表明,大多数动物组很早就达到了解剖学多样性的峰值,但在少数情况下,这种情况后仍然增加。他们还发现了这些变异模式的最可能原因。

动物显示不同的解剖位,每个解剖位具有多种形式和形状。例如,昆虫有头部和六条腿,而海葵没有。这些特征的组合称为体图计划,通常用于将动物分类为门类。现代门的例子包括节肢动物(蜘蛛,蜈蚣,甲壳类动物,昆虫等),脊索动物(脊椎动物和一些无脊椎动物的盟友),软体动物(蜗牛,章鱼等)和环节动物(蚯蚓和水蛭等)。

如今有超过30种动物门,有些显示出比其他形式更大的形式(称为差异)。例如,脊索动物包括与鱼和猴子完全不同的动物,而蛔虫(动物门线虫)则完全不同,看起来几乎完全相同。

研究人员希望解决群体内和群体之间的这种差异如何演变。他们为210个动物组收集了近2,000个解剖学特征的解剖学数据,对每个门内的许多组进行取样。然后他们用尖端的统计数据分析了他们的解剖学相似性。这些产生了各种各样的图,其中每个组是点,并且组之间的距离与它们的解剖学相似性成比例。

他们的结果显示,每个门内的群体在地图中整齐地聚集在一起,正如他们共同的身体计划所预期的那样。例如,在地图中蜘蛛更接近昆虫和其他节肢动物,而鱼更接近哺乳动物和其他脊索动物。由门的成员占据的地图区域表示该门的解剖学多样性。脊椎动物和节肢动物显示它们中最大的区域。

持续进化

值得注意的是,大多数门在动物起源后不久就达到了它们的差异水平,除了四个不断扩大的门。这些是节肢动物,脊索动物,软体动物和环节动物,它们的一些成员在进化过程中随后从水转变为陆地。搬到陆地上遇到了新的挑战,导致他们发展出新的身体部位。

更重要的是,这些生物门彼此非常不同,其中有大的空地图区域。但是,当这些分析中添加了已灭绝群体的化石时,不同门的间隙就会减少。这表明早期动物并不像今天看起来那样完全不同。早期动物进化探索了许多不同的解剖学可能性,但一些体型计划的灭绝夸大了它们之间的差异。

最后,研究人员试图找出动物差异与其他生物学特征之间是否存在关联。他们发现,门的差异越大,细胞类型,体型和物种数量就越多。

还存在与基因组大小的相关性,但与基因组中蛋白质编码基因的数量无关。我们知道基因组的某些部分专门用于调节身体蛋白质何时何地起作用,而不是自己制造蛋白质。该论文的作者认为,如果差异水平与门的基因组大小有关,而与其中的基因数量无关,则这意味着基因调控在动物多样性中发挥的作用大于新基因的出现。

这项研究描绘了动物起源的新图景,其中大多数动物门在早期探索了它们的解剖多样性,但是从水到陆地的过渡导致了一些门以探索视差图的新区域。动物最初更均质,现代差异是一些中间组灭绝的产物。

所有这些完全不同的差异与基因调控的演变密切相关。更多的解剖学数据,更多的化石以及对基因调控的进一步研究对于进一步了解动物最美丽,最精彩的无尽形式至关重要。

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