【科研进展】白明研究组合作揭示远缘物种具有更相似表型和基因型不一定是因为趋同演化

  近日,中国科学院动物研究所白明研究组、浙江大学张国捷团队联合深圳华大生命科学研究院、中国科学院昆明动物研究所、哥本哈根大学等中外多个课题组,公布了对有袋类哺乳动物的物种辐射性大爆发过程的研究结果。该结果重建了有袋类物种的演化关系,并揭示了物种快速分化过程中,一些随机事件有可能会导致远缘物种具有相似表型的现象,解释了利用形态和分子数据在构建物种树经常出现冲突的发生机制。

  早在19世纪,达尔文就在他的旷世著作《物种起源》中提出现在地球上的所有物种最初都是从同一种原始生命演化而来,即共同祖先理论。由这个共同祖先不断分叉演化形成现在物种类群的历程即构成了生命之树,从简单的单细胞生物到复杂的生命体,每个物种都可以找到它的最近缘物种和最近共同祖先。以人类为例,人类约在700万年前与黑猩猩从共同祖先古猿分化形成,古猿类和旧世界猴在约2800万年前拥有相同的祖先,最早的灵长类物种祖先可以追溯至8000万年前,而目前地球上的哺乳动物在约两亿多年前都有共同祖先。重构正确的物种关系树是演化生物学研究和开展跨物种比较研究的基础,对我们推理各种生物学现象的起源过程至关重要。

  DNA是绝大多数生物的遗传蓝图,按照达尔文提出的物种演化模型,物种间DNA序列的差异可以反映出物种的分化历程,即DNA序列越相似的物种在生命之树上就更接近。同时,表型由DNA来决定,理论上携带相同表型的物种演化关系也就越接近。依据这样的推论,形态数据和DNA数据都可以用来构建物种树。但实际上,DNA数据与形态特征在推断物种演化历程上经常出现相互矛盾的结果。自80年代以来,利用DNA数据重构物种演化历程逐渐成为主流,但仍缺乏研究来解释为什么会存在这样的矛盾,为什么形态信息经常会得到不可靠的物种关系树。

  分子树和与形态树的矛盾经常发生在经历过物种快速分化的类群里。不完全的谱系分选(incomplete lineage sorting)就是一种可以导致上述情况出现的原因。多个物种在极短的时间内从一个共同祖先里分化出来,使得某些祖先基因的多态性在随后的物种分化历程中被随机分选到分化出的不同物种里,从而使得部分分化后形成的多个物种随机保留了相同的基因型。以人、黑猩猩和大猩猩为例。我们知道,相较于大猩猩,人与黑猩猩的亲缘关系更近。如图所示,三者共同祖先的群体具有较高的遗传多样性,大猩猩在第一次物种分化后形成,随着时间的推移,大猩猩的群体最终固定了蓝色的基因型。人和黑猩猩的共同祖先群体继承了橙色和蓝色两种基因型,然而在第二次物种分化的时候,人可能最终随机固定了和大猩猩一样的蓝色的基因型,黑猩猩最终随机固定了橙色的基因型。这样一来,我们就会观察到人的一些基因组序列跟大猩猩更相似,而跟黑猩猩差异更大。尽管黑猩猩是与人最近缘的物种,在人的基因组里约超过15%的基因组区域,是跟大猩猩更相似的。这种不完全的谱系分选现象在许多经历过物种大爆发的类群里均出现过,比如各种哺乳动物类群、鸟类、昆虫、鱼类等,但这种现象对性状的演化是否存在影响一直没有研究。

  为了研究不完全的谱系分选对物种形态和性状演化的影响,研究团队利用有袋类动物开展研究。之前的一些研究指出现存有袋类物种起源的过程经历了物种大爆发,导致了长期以来对有袋类物种早期演化关系存在争议。而这一争议主要围绕着南美有袋类微兽目(Microbiotheria)的演化地位。小山猴是该目唯一的现存物种,其作为南美洲的有袋类动物,却在骨骼、生殖器官和大脑结构等诸多方面与澳洲的有袋类动物更相似,尤其是袋鼠、考拉等双门齿目动物。正是由于这种形态的相似性,早前基于形态特征推定的演化关系认为小山猴应该和双门齿目的袋鼠和考拉更近缘,进而推测美洲小山猴应起源于澳洲。然而,本研究利用小山猴和其他有袋类动物的全基因组数据,表明小山猴应该是澳洲所有有袋类动物的姐妹群,也就是它和是澳洲有袋类有共同祖先但不属于澳洲有袋类。进一步的分析揭示,有袋类基因组有超过50%区域构建出的分子树跟真实的物种分化过程不一致,即小山猴反而跟某些澳洲有袋类之间的相似度要大于澳洲有袋类之间的相似度。早前观察的那些与真实物种发生过程不符的性状特征很可能是由于物种快速分化的过程不完全的谱系分选导致的。

  这些有冲突的基因组区域包含了上百个与神经系统、免疫系统、骨骼形态等相关的基因,它们可能与现今物种性状特征与物种发生历程之间的矛盾有关。研究推测,不完全的谱系分选所引发的祖先多态性的随机固定可能会偶然地导致两个亲缘关系较远的物种继承相同的祖先基因型,如果不同的祖先基因型会产生不同的形态特征,那么这样一来,就可能会导致远缘物种具有更加相似的表型。为了验证上述猜想,研究人员利用博物馆馆藏标本确定了小山猴的肱骨弯曲形态、脊柱棘突高度、门牙形态都是跟双门齿目的袋鼠和考拉更为相似。随后,研究团队再利用比较基因组学分析手段筛选候选基因,采用基因编辑技术对受不完全的谱系分选影响的基因建立小鼠实验模型。通过实验小鼠和野生小鼠的骨骼性状扫描结果的比较,研究人员证实了受不完全的谱系分选影响的基因型替换确实产生了符合预期的表型结果。

  物种性状的演化被认为是物种长期适应环境的结果:突变产生新的基因与新的性状,新基因通过繁殖扩散开来,有利于生存与繁殖的性状及其基因会被自然选择保留下来。在远缘物种中出现相同的性状,过去往往会用趋同演化来解释这样现象。然而,这一研究则揭示不同类群间相同性状的出现也可能是随机遗传了祖先性状引起的。同时,这一研究还证明,仅依靠部分基因、部分性状的溯源来构建物种关系树是不可靠的,全基因组数据才是重构物种发生历程的金标准。通过全基因组数据可以充分揭示不完全的谱系分选作为一种可能的机制来解释基因组物种树和表型变异之间冲突的现象。此外,本研究还综合了古气候地理,物种分化、形态、DNA等多方面证据来佐证有袋类物种演化进程。

  此外,近年来,测序技术的发展将基因组学研究带入了完美参考基因组的新时代。但本研究是基于二代测序技术的基因组完成的,这也提示我们不要过分追求新技术,而忽视了科学问题的重要性。

  该成果已于2022年4月20日以题目为“Incomplete lineage sorting and phenotypic evolution in marsupials”的论文在线发表于国际顶级学术期刊《细胞》(Cell)杂志,深圳华大生命科学研究院冯少鸿博士和中国科学院动物研究所白明研究员为论文共同第一作者,论文通讯作者张国捷教授近日以讲席教授身份加盟浙江大学医学院。冯少鸿博士现任浙江大学“百人计划”研究员。

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#历史那些事[超话]#清雍正年间,桂阳出现了一位奇人,不仅能治普通的跌打损伤,甚至能起死回生。有个掌柜身患恶疾,咯血不止,其仆人找到这位奇人,希望能出手相救,可他却说:“人可以救,但要以命换命。”

这位旷世奇人就是“松阳道人”。他姓什么,叫什么,从哪里来,要到哪里去,没人知道,只知道他是位诙谐幽默,行为不羁的道士,道号叫松阳。

一开始,人们并不知道松阳道人会奇异之术,直到有一天,几位樵夫目睹了他救死扶伤的本领后,他的美名才逐渐在当地传播开来。

当时,几位樵夫结伴上山打柴,其中一人在砍柴时不慎从高处跌落,摔断了腿。

受伤的樵夫在地方痛苦地哀嚎,同伴们一时手足无措不知该怎么处置。

正在这时,松阳道人不知从哪里冒了出来,对众人说:“大家不要慌张,贫道来也!”

只见松阳道人含了一口清水,喷在樵夫的伤腿上,又用两只大手在受伤的部位揉搓了两下,随即胸有成竹地说:“好了!可以站起来了。”

众人面面相觑,心想:你这臭道士糊弄谁呢?这可是一条断腿,被你揉两下就好了?

可再看受伤的樵夫,竟然真的慢慢站了起来,一脸不可置信地蹬了蹬伤腿,又小心地走了两步、跳了两下,真的好了。

樵夫们惊讶得合不拢嘴,随即反应过来想要答谢时,松阳道人早已不知去向。

这件事很快在当地传开来,而且是越传越玄乎,都说松阳道人绝非凡胎俗体,乃是天上的“大罗神仙”下凡。

无独有偶,这件事过去不久,当地有个卖烧酒的小老板叫刘东阳。

他得了一种恶疾,咯血不止,家人请了很多郎中都束手无策,已经病入膏肓,眼看就要一命归西。刘家人听了城里的传闻后,就决定找松阳道人试试。

松阳道人慈悲为怀,有求必应,见到刘东阳之后,简单地查看了一下就说:“幸好脾胃还行,没有大碍!”随后,他从身上取出一颗药丸,又让人拿了一个碗,并让一个仆人往碗里吐了几口口水。

在场的人看得恶心得不得了,可又不敢问不敢说,眼睁睁地看着松阳道人,把药丸和口水喂到刘东阳的嘴里。

然而,就在众人恶心不已的时候,刘东阳的身体忽然抖了两下,紧闭的眼睛竟然奇迹般地缓缓睁开了。

眼见奇迹出现,刘家人既惊讶又激动,可松阳道人似乎并不太高兴。

只见他把刘东阳的弟弟喊到一边,又掏出来三颗药丸,严肃地说:“每天这个时候,还用那个仆人的口水给你哥哥用药,连用三天即可痊愈。只是,救一人就要害一人,对那个仆人好一点吧!”说完便拂袖而去。

刘东阳的弟弟不明其理,就把这话偷偷告诉了父亲。老爷子听后一惊,随即对儿子说:“你给那个家仆多赏点银子,但道长的话对谁都不要讲,切记!”

三天之后,刘东阳奇迹般地活蹦乱跳,身体状况似乎比生病之前还要好,可那名吐口水的仆人,却在当天没有任何征兆的情况下,暴毙身亡。

这件事不久之后也迅速在当地传播开来,此后便出现了一种奇怪的现象,遇到伤筋断骨之类的麻烦时,人们还会请松阳道人帮忙,可家里要是出现生命垂危的病人,就没人敢再去请松阳道人了,毕竟,谁都害怕成为那个换命的人。

至于松阳道人的归宿,和他出现的时候一样,人们不知道他是什么时候出现的,也不知道他是什么时候离开的,反正就是突然之间现身,而又突然之间没了踪迹!

故事改编自《桂阳州志》,至于那个仆人,其实早在找到松阳道人时,松阳道人就告诉他了,救人可以,但需要“以命换命”。

仆人听后,先是一愣,后来笑了笑道:“少爷本该是福禄双全,子孙满堂的命,而我,我就是烂命一条,换了就换了。”

仆人曾经欠刘家少爷恩情,所以他才想着一命相抵。松阳道人听后,也不再说什么,而他反而让道长不要告诉刘家人这个事。后来是道长心善,这才将此事说出口,毕竟,人之将死,也还是要对其好点吧。

后来刘家人为仆人赏赐了许多,仆人从刘老爷那欲言又止的举动中,也隐约猜出了真相。但他也选择闭口不谈,默默等着去世的这一天。

因为不知道自己会何时离去,他还是提前写好了一封信:少爷,当年您救我一命,我感激不尽。愿来世,还能与您成为朋友。

对于仆人来说,那些年的情谊,可以是朋友,是主仆。然而,不论哪一种,他也只希望自家少爷,能够好好活着,快乐地活着,幸福地活着。

#历史故事#

【聚焦电动车充电 多方协力 共同打通“充电难”堵点】随着经济的飞速发展,市民对机动车的拥有量越来越大。由于驾驶汽车上路容易发生拥堵,很多市民在短程出行时会选择电动车。然而,在一些老旧小区,“飞线充电”“楼道内充电”“电动车上楼充电”的现象屡见不鲜,这种行为,存在很大的安全隐患,极易造成火灾。针对这种现象,从中央到地方,多次出台文件,严禁出现这种存在安全隐患的充电行为。不少老旧小区由于基础设施不完善、充电桩较少等原因,居民出现了充电难的现象。有的小区甚至频频出现因为争抢少量的充电桩而发生争吵的现象。对此问题,专业人士建议,解决电动车充电问题要“群策群力,堵疏结合”,政府、物业、业主都要负起责任。

  1 现象

  “飞线充电”等行为频频引发火灾

  “有一次,我从楼下扯了根电线给电动车充电,中午正睡午觉时,充电器突然着火了,幸亏邻居发现得及时,不然非出大事不可。”市民胡正凯说。胡正凯在文化路一小区居住,家住4楼,以前为了方便,都是从家中扔一根电线给电动车充电,自从发生了上次的事故后,他再也不敢这样做了。

  记者了解到,因为“飞线充电”“电动车上楼充电”等行为引发的火灾不在少数。

  国家应急管理部消防救援局发布的数据显示,2021年,全国消防部门共接报电动车及其电池故障引发的火灾近1.8万起,死亡57人,由于不少电动车火灾未引发周边物品燃烧,当事人多数不报警,此数据可能与实际数据相差较大。

  目前,电动车保有量庞大,群众使用较多,快递、外卖群体高频次使用,“人车同屋”、在通道走道充电停放等违规行为仍屡见不鲜,火灾风险仍将长期影响群众消防安全。

  2 措施

  出台多项规定 治理违规充电行为

  国家应急管理部公布了《高层民用建筑消防安全管理规定》,其中第四十七条对电动车停放、充电作出以下明确要求:禁止在这些区域停放电动车或者充电(包括高层民用建筑公共门厅、疏散走道、楼梯间、安全出口),拒不改正的,最高可处1万元罚款。

  注意,此要求的实施条件是指高层民用建筑,而规定中指出,高层民用建筑包括高层住宅建筑和高层公共建筑,高层住宅建筑指建筑高度大于27米的住宅建筑,高层公共建筑是指建筑高度大于24米的非单层公共建筑(包括宿舍、公寓、办公、商业、医疗等建筑)。我市也曾专门召开全市电动车火灾防范工作促进会,认真落实省消防安全委员会关于切实做好电动车和储能电站消防安全管理工作的通知要求,对全市开展电动车违规停放、违规充电、非法改装专项整治行动进行部署。

  市领导专门强调,各级各部门要充分认识到当前消防安全形势的严峻性和复杂性,始终坚持问题导向,聚焦工作中存在的短板,站在保民生、保障经济发展的高度,不折不扣地贯彻落实省、市的决策部署,下大力气做好电动车火灾防范工作。要夯实责任,齐抓共管。电动车火灾防范工作是一个系统工程,单靠消防一家或是某个行业部门很难解决问题。要坚持政府主导,加强部门联动,发挥网格力量,在生产、销售、使用等环节上加大管控力度,把工作做细、做深、做实、做到位。

  市领导要求,要严字当头,清零隐患。各县(市、区)政府要集中约谈辖区内的电动自行车经销商和改装企业;各级市场监管、公安、消防等部门要联合开展集中打假行动;各部门要严格查处电动车火灾隐患,该曝光的曝光、该罚款的罚款、该拘留的拘留。各级各部门要完善基础设施,开展常态宣传,严明工作责任,坚决确保消防安全形势稳定。

  可以看出,各级政府对治理电动车充电问题高度重视,出台多项措施,专门治理电动车充电存在的安全隐患。

  3 问题

  一些业主面临充电难问题

  各部门出台规定治理电动车充电问题,给广大市民带来了安全感,大家拍手称快。然而,有些业主不得不面临充电难的问题。

  文化路与凯旋路交叉口南侧的兆隆金盾小区B区由两栋29层住宅组成,为了防止业主将电动车推进家里充电,前段时间,物业在电梯内安装了“电动车识别阻车系统”,业主如果将电动车推进电梯轿厢,电梯内就会自动发出警报,电梯也会立即停止运营。“可以说,这样就彻底杜绝了业主将电动车推到家中充电的行为,消除了安全隐患。”该小区业主杜影说。

  杨女士也在该小区居住,由于接送孩子的路上非常拥堵,她只能用电动车接送。“我给电动车充电时经常找不到充电桩。”杨女士说,有时候看到谁的电动车电充满了,就给人家拔掉自己来充,“但还得在业主群里打声招呼,不然感觉很不礼貌”。

  图书大厦附近的三世乐园小区是一个老旧小区,小区内共有11栋居民楼,建于2000年前后。一段时间以来,社区开展了整治“飞线充电”行动,对于不听警告的居民,工作人员会直接剪断“飞线”。市民张先生是一位退休教师,他住在5楼,从行动开始,他就基本上没有再骑过电动车。“我们小区没有充电桩,也没办法充电,所以外出只能坐公交车或出租车了。”张先生说。

  记者走访发现,现在不少居民确实面临电动车充电难的问题。

  4 建议

  如何破解充电难题

  赵金星是我市物业行业的一位资深从业者,他对电动车充电问题颇有研究。他建议,现在要加快充换电基础设施建设,完善财政补贴、相关标准制定等工作。

  一是加快充换电基础设施建设。建议将电动车充换电网络建设纳入国家新基建目录,鼓励地方政府积极布局;将“在老旧小区和新建住宅小区建设或改造集中充电设施”纳入政府重点项目,明确年度计划、目标,并加强督导落实。

  二是完善相关扶持政策。从当前公共充电补贴以“桩补”为主格局,转变为充换电模式并重,引导地方政府给予“集中型充电站”电费补贴。

  三是加大相关技术及标准的研发和制定。重点支持研发充换电式电动车、电池、电柜的核心技术。加快出台《电动自行车集中充电设施技术规范》国家标准,尽快制定智能充换电柜的国家标准或行业标准,从源头上提升电动车充换电的安全性、兼容性和规范性。

  在主体培育层面,要加快发展领军企业、专业服务公司和运营网络平台,共建产业生态圈。

  一是重点培育行业领军企业。金融机构可通过贷款贴息、投资补助等方式,鼓励相关领军企业积极探索直营、加盟等多样化的商业模式。

  二是加快培育产业链专业服务公司。完善产业配套,构建充换电模式商业支撑体系。积极培育电动车维修、电池运维养护和配送、充电桩融资租赁等运营专业化公司。

  三是建立综合性运营平台。围绕用户需求,实现预约、查询、支付及远程操控的“互联网+充换电”等服务,拓展增值业务,提升用户体验。

  要解决电动车停放、充电问题,还需要多方共同协作。比如,物业公司要站在居民角度提供合理的解决方案,消防部门要科学研究如何保障社区充电车棚装置的安全,社区要协调好居民、企业、物业各方关系等。“所以说,治理电动车充电问题要‘群策群力,堵疏结合’,政府、物业、居民各负其责,共同解决这个难题。”赵金星说。 文/本报融媒体记者 张 坤 图/本报融媒体记者 魏文慧


图为:部分小区安装的充电平台,需要办卡才能使用


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