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我们的大多数进化树可能是错误的

根据分子系统发育树,象鼩与大象的关系比与鼩鼱的关系更密切。

进化树或系统发育树是一种分支图,它根据特征的相似性和差异性显示不同生物物种之间的进化关系。 从历史上看,这是利用它们的物理特征来完成的——不同物种在解剖结构上的异同。

然而,基因技术的进步现在使生物学家能够使用基因数据来破译进化关系。 根据一项新的研究,科学家们发现分子数据会导致截然不同的结果,有时甚至颠覆了数百年来根据物理特征对物种进行分类的科学工作。

巴斯大学米尔纳进化中心的科学家领导的一项新研究表明,通过比较解剖结构而不是基因序列来定义生物体的进化树是一种误导。 该研究发表在期刊上 传播生物学 2022 年 5 月 31 日,它表明我们经常需要推翻几个世纪以来一直根据生物的形状对生物进行分类的学术工作。

“这意味着趋同进化一直在欺骗我们——即使是最聪明的进化生物学家和解剖学家——100 多年来!” – 马修·威尔斯

自 19 世纪达尔文和他的同时代人以来,生物学家一直试图通过仔细检查动物解剖结构和结构(形态)的差异来重建动物的“家谱”。

然而,随着快速基因测序技术的发展,生物学家现在能够使用基因(分子)数据来帮助拼凑物种的进化关系,非常快速且成本低廉,这通常证明我们曾经认为密切相关的生物体在现实中属于完全不同的一组树枝。

巴斯的科学家们首次将基于形态学的系统发育树与基于分子数据的系统发育树进行比较,并根据地理位置绘制它们。

他们发现,按分子树分组的动物在地理上比使用形态树分组的动物更紧密地生活在一起。

“事实证明,我们的很多进化树都是错误的,”巴斯大学米尔纳进化中心进化古生物学教授马修威尔斯说。

“一百多年来,我们一直根据生物的形状对生物进行分类,并在解剖学上进行分组,但分子数据往往讲述的故事有些不同。

“我们的研究从统计学上证明,如果你根据动物的分子数据构建进化树,它通常更适合它们的地理分布。

“事物生活的地方——它们的生物地理学——是达尔文及其同时代人熟悉的进化证据的重要来源。

“例如,年轻的鼩鼱、猪皮、大象、金鼹鼠和游泳的海牛都来自哺乳动物进化的同一个大分支——尽管它们看起来彼此非常不同(并且以完全不同的方式生活)。

“分子树把它们放在一个叫做 Afrotheria 的组中,之所以这样称呼,是因为它们都来自非洲大陆,所以该组与生物地理学相匹配。”

进化分子象虎

分子系统发育树表明,象鼩与大象的关系比与鼩鼱的关系更密切。 学分:叶丹尼

该研究发现,趋同进化——当一个特征在两组遗传上不相关的生物中分别进化时——比生物学家以前认为的更为普遍。

威尔斯教授说:“我们已经有了很多趋同进化的著名例子,例如鸟类、蝙蝠和昆虫分别进化的飞行,或者乌贼和人类分别进化的复杂相机眼睛。

“但现在有了分子数据,我们可以看到趋同进化一直在发生——我们认为密切相关的事物在生命之树上往往相距甚远。

“以模仿者为生的人通常与他们所模仿的名人无关,而且一个家庭中的人并不总是看起来相似——进化树也是如此。

“这证明了进化只是不断地重新发明事物,每次在进化树的不同分支上遇到问题时都会提出类似的解决方案。

“这意味着趋同进化一直在欺骗我们——即使是最聪明的进化生物学家和解剖学家——100 多年来!”

研究助理兼该论文的第一作者杰克奥斯顿博士说:“生物地理学可以反映进化史的想法是促使达尔文通过自然选择发展他的进化论的重要部分,所以令人惊讶的是它没有被视为一种非常直接的方法。测试[{” attribute=””>accuracy of evolutionary trees in this way before now.

“What’s most exciting is that we find strong statistical proof of molecular trees fitting better not just in groups like Afrotheria, but across the tree of life in birds, reptiles, insects, and plants too.

“It being such a widespread pattern makes it much more potentially useful as a general test of different evolutionary trees, but it also shows just how pervasive convergent evolution has been when it comes to misleading us.”

Reference: “Molecular phylogenies map to biogeography better than morphological ones” by Jack W. Oyston, Mark Wilkinson, Marcello Ruta and Matthew A. Wills, 31 May 2022, Communications Biology.
DOI: 10.1038/s42003-022-03482-x

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