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(lèi)在內的數百萬(wàn)個(gè)物種。但是，人類(lèi)是如何由最原始的動(dòng)物一步步演化而來(lái)的？在拼湊起這個(gè)漫長(cháng)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(lèi)的譜系樹(shù)，我們很容易看出我們屬于人科、靈長(cháng)類(lèi)和哺乳動(dòng)物。甚至早在兩千多年前，亞里士多德就已經(jīng)因為哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)、爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)都擁有脊椎這一共同特征，將它們歸為一類(lèi)，即我們所說(shuō)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(guò)去150年中，關(guān)于這些早期化石的研究一直爭議不斷，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(jiàn)解。

海星長(cháng)久被認為是人類(lèi)近親

一個(gè)多世紀以來(lái)的普遍觀(guān)點(diǎn)認為，與人類(lèi)最親近的無(wú)脊椎動(dòng)物是一個(gè)與脊椎動(dòng)物完全沒(méi)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(guān)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），從而將絕大多數動(dòng)物劃分為兩大分支。他認為，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(chóng)、蚯蚓、軟體動(dòng)物和線(xiàn)蟲(chóng)。

長(cháng)久以來(lái)，權威觀(guān)點(diǎn)一直認為脊椎動(dòng)物與棘皮動(dòng)物關(guān)系密切。但最近，通過(guò)比較不同動(dòng)物的DNA，研究者重建了演化的譜系樹(shù)，看到了一些意想不到的結果。這些新結論向上述傳統觀(guān)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)現了原本被認為只出現于后口動(dòng)物胚胎發(fā)育過(guò)程的特征。

這些結果表明，棘皮動(dòng)物是脊椎動(dòng)物近親的證據可能比長(cháng)期以來(lái)認為的要弱。

新發(fā)現帶來(lái)新挑戰

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)物王國的基因DNA序列，以重建動(dòng)物的演化譜系樹(shù)。

為了確認DNA數據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(méi)有發(fā)現的DNA變化的數量。在這個(gè)過(guò)程中，任何共同特征的出現，都將是支持這一密切關(guān)系的證據。

在研究者關(guān)注的大約5000個(gè)不同的基因中，對于其中的70%，原口分支能得到比后口分支更多的獨特變化的支持。這意味著(zhù)原口分支上動(dòng)物的DNA有很多共有而區別于其他分支的變化，DNA證據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(méi)有充足的證據來(lái)證明，它們之間相同的特有DNA變化較少。

接下來(lái)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種方式分別構建演化樹(shù)：第一種典型的后口樹(shù)認為脊椎動(dòng)物和棘皮動(dòng)物是近親；第二種演化樹(shù)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)現對很多基因來(lái)說(shuō)，并沒(méi)有大量的DNA變化能夠支持這3種演化樹(shù)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(guò)半數的基因顯示，后口樹(shù)成立的可能性比另外兩種可能性更高。結果顯示，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)間內就彼此分開(kāi)了，因此DNA沒(méi)有充足的時(shí)間形成大量變化。也就是說(shuō)，現在很難判斷與這些群體相關(guān)的這三種演化樹(shù)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DNA研究都支持后口樹(shù)，而新的實(shí)驗卻表明這種樹(shù)與另外兩種幾乎沒(méi)有區別？研究者想要知道，當不同的分支以不同的速度演化時(shí)，分析過(guò)程是否會(huì )更容易產(chǎn)生錯誤。

為了找到答案，研究者利用計算機模擬了每個(gè)場(chǎng)景中DNA的演化過(guò)程，從一個(gè)代表祖先動(dòng)物的隨機合成的DNA序列開(kāi)始。這三種演化樹(shù)都顯示，這個(gè)DNA序列可以通過(guò)積累變異實(shí)現演化。

當研究者根據后口樹(shù)進(jìn)行模擬時(shí)，總能正確地構建這棵樹(shù)；但在模擬其他兩棵樹(shù)的數據時(shí)，結果并不總是正確，錯誤不時(shí)會(huì )發(fā)生。當研究者增加不同群體演化速率的差異時(shí)，這種錯誤就愈發(fā)頻繁。

這一結果表明，在真實(shí)的DNA數據中可能存在錯誤，然而即使出現錯誤，研究者也能重建后口樹(shù)。這一錯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(lái)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。

于是研究者得出結論：一個(gè)多世紀以來(lái)，教科書(shū)中脊椎動(dòng)物和棘皮動(dòng)物關(guān)系密切的觀(guān)點(diǎn)可能是錯誤的。這個(gè)演化問(wèn)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《環(huán)球科學(xué)》）