近日，我國科學家發起並作為主要參與方的萬種鳥類基因組計劃發布了第二階段的關於鳥類生命之樹的研究成果。
該研究重建了現生鳥類演化的生命之樹，釐清了現生鳥類各類群之間的關係，提出了新的分類方案，解決了鳥類類群關係長達一個多世紀的爭議，為正確理解鳥類物種演化及複雜性狀演化奠定了堅實基礎。該成果已發表在國際著名學術期刊《自然》（nature）上。
梳理鳥類演化關係是極大的挑戰
現生的鳥類有超過一萬種，在生物分類學上屬於鳥綱（aves）中的新鳥亞綱（neornithes），大致可以分為古顎類和今顎類兩個主要的類群。
古顎類里包含了大量無法飛行的鳥類，如非洲的鴕鳥、澳洲的鴯鶓和紐西蘭的鷸鴕（幾維鳥）等。今顎類則可以進一步分為雞雁小綱（galloanseraes）與新鳥小綱（neoaves）兩大分支，前者包括雞、鴨和雁等，後者則是當今鳥類的主體，包括了95%的現生鳥類。
鳥類是恐龍的後裔，所有其他類群的恐龍在白堊紀末期的大滅絕事件中走向了終結，但鳥類卻出現了物種快速繁衍和分化。根據過去的研究，在不到1千萬年里，新鳥類的祖先分化出大量的新的類群，基本奠定了當下新鳥小綱近萬種鳥類的物種多樣性格局。
在過去100多年裡，鳥類系統分類學的研究人員通過不同數據類型，例如形態學數據、線粒體數據、少量蛋白質編碼基因序列數據和鳥類物種基因組數據等，對新鳥小綱主要類群之間的系統發育關係提出了各種各樣的觀點，也產生了許多爭議。
據論文通訊作者、浙江大學生命演化研究中心講席教授張國捷介紹，由於分化時間很短，研究人員梳理各種鳥類的演化地位以及不同類群之間關係面臨極大挑戰，導致對現生鳥類的分類在「目」和「科」級別上極其混亂，缺乏統一的認識。
快速的輻射性演化是祖先物種在較短時間內爆發出多個物種類群的過程。論文共同作者、浙江大學生命演化研究中心研究員馮少鴻表示，在這個過程中存在的基因不完全譜系分流、分化後跨物種雜交等現象，會使類群間的親緣難以判定。
據介紹，本次研究以更為合理的全基因組範圍篩選的基因間區比對序列數據集重新構建了現生鳥類的系統發育樹，研究校正了前人研究的認識誤區，對之前認為的演化關係進行了較大幅度的調整，新的分類方案將新鳥小綱內劃分出四個主要的演化支，包括奇蹟鳥類（mirandornithes）、鴿鴇類（columbaves）、陸鳥類（telluraves）和一個本研究提出的全新類群。
這個新的類群被稱為「元素鳥類（elementaves）」，既包括了主要在水域活動的企鵝、潛鳥、信天翁等鷺形類（phaethoquornithes）和鶴形類（cursorimorphae）鳥類，也包括了主要在陸地活動的麝雉等，還有更擅長在天空活動的夜鷹和雨燕等夜鷹目（strisores）鳥類；對應水、土和氣三種古典元素，因此得名。過去的研究將這幾類鳥類分散在不同的演化分支里，但這項研究結果表明它們其實來自於一個單系群，也就是由相同的祖先分化而來。
元素鳥類被確認為新的單系群，分類劃分變化示意圖。左圖為新的系統發育關係，右圖為以往的系統發育關係，色塊線條標註了這些類群在新分類方案和過去分類方案之間的變化，虛線表示在更高階層的類群關係存在差異。jon fjeldså、josefin stiller和陳光霽 繪
元素鳥類，按u形從左到右依次為麝雉目、鷺形類、日鳽、鶴形總目及夜鷹目。jon fieldsa° 繪
基因間區序列成為更理想的選擇
新鳥類發生輻射性演化的時間也存在較大爭議。之前的分子生物學研究可以推定這一事件發生在白堊紀末期那次大滅絕事件附近，但是不能判定是發生在大滅絕之前還是之後。
馮少鴻表示，「我們構建的鳥類系統發育時間樹，支持大量的新鳥類群是在白堊紀-古近紀界線後發生快速的輻射性演化的觀點。此外，我們還發現在大滅絕事件後，早期新鳥類的有效種群大小發生了急劇擴張，鹼基替換率和相對腦容量急劇上升，而體重急劇降低等一系列變化。這也支持了新鳥類的多樣化是適應新興生態位而發生快速輻射性演化的假說。」
據他介紹，研究人員還定位了鳥類的另一個輻射性演化事件，這一事件發生在古近紀-新近紀界線之後，距今大約2240萬年，結果導致了雀形目鳥類成為了現代鳥類的第一大類群。這個類群目前有超過6000個物種。
在傳統構建系統發育關係研究中，編碼蛋白質的序列（外顯子）和超保守元件等保守的基因組區域常被選為構樹的數據來源。但這些保守區域受到維持蛋白質結構和功能的選擇壓力，展現出了極為複雜的演化模式。而受到選擇壓力較低的區域可能是更為適宜的研究材料。
論文共同作者、中國科學院大學博士研究生陳光霽告訴記者，「基因間區序列可能是更為理想的選擇。我們的研究印證了這一猜想。相比增加物種數量與增加數據量的方案，提高有效數據量對解決過去的部分分支的分類難題更為關鍵。」
研究團隊比較了不同類型的序列對系統發育關係的影響，發現編碼蛋白質的外顯子序列確實帶來了最為明顯的差異偏倚。以外顯子基因組序列構建的物種樹（外顯子樹）與基因間區序列構建的物種樹在內支上存在38處差異，而其他數據類型則只有6-7處差異。
外顯子樹還表現出更低的拓撲結構一致性，且更容易受到抽樣到不同基因序列而帶來的偏差，以及抽樣數據量多少的影響。這一結果再次佐證了基因間區序列是進行系統發育關係重構分析中更為理想的選擇。
「通過生命之樹，我們不僅可以理解一個物種或者生物類群在何時起源、如何起源，以及起源後的演化歷史，而且還為我們理解生物學現象和功能的起源和演化歷史提供了可能。」張國捷說，此次提出的新的「科」級別鳥類生命之樹為我們理解所有現生一萬多種鳥類的演化過程提供了基礎性的分類框架，為理解全面生物多樣性格局的建立奠定了基礎。
新京報記者 張建林
編輯 白爽 校對 王心
