Nature:软体动物进行过四次神经系统进化

2011-10-04 07:59 · jimi

新的发现使证据越来越丰富,在非常不同的动物种群中—例如软体动物与哺乳动物—中枢神经系统进化了不仅一次,而是平行进化了好几次。

我的进化我做主(图: Jeff Rotman/Nature Picture Library/Rex)

它们可能黏黏的,行动缓慢,但是一些软体动物因为它们的大脑而不容小觑—因为,现在看起来它们一共独立进化了四次。

软体动物家族包括这个星球上最聪明的无脊椎动物:章鱼、鱿鱼和乌贼。现在,对它们进行的最新最尖端的遗传学分析颠覆了我们之前对它们为什么如此聪明这个问题的认识。

新的发现使证据越来越丰富,在非常不同的动物种群中—例如软体动物与哺乳动物—中枢神经系统进化了不仅一次,而是平行进化了好几次。

阿拉巴马州奥本大学的Kevin Kocot与他的同事主持了一项新的有关软体动物家族进化史的研究,这包括了在8个血统中100000个活着的物种。他们分析了所有软体动物共有的遗传序列并查找其中的随时间积累起来的差异—两个种之间共同的序列差异越大,说明其相关性越低。

该发现依靠先进的数据分析,主要对软体动物系谱图的分支进行了排列。在传统的系谱图中,根据神经系统,蜗牛和蛞蝓(腹足纲)是最接近章鱼、鱿鱼、乌贼和鹦鹉螺(头足纲动物)的:与其他软体动物和无脊椎动物相比,这两类都具有高度集中的神经系统。蜗牛和蛞蝓具有神经中枢簇—神经元细胞束—这在许多物种中是连接至一个单独的器官;头足纲动物具有高度发展的中枢神经系统,使得它们可以穿越迷宫、使用工具、模仿其他物种,学习并解决复杂的问题。

但是在Kocot的新的系谱图中,蜗牛和蛞蝓与蛤蚌、牡蛎、贻贝和扇贝(双贝类)很接近,这些动物的神经系统要简单的多。新的遗传树还将头足纲动物排的更靠前,这意味着它们是在蜗牛、蛞蝓、蛤蚌或牡蛎之前就进化了。

所有这些意味着腹足动物和头足纲动物并没有之前想象的那样接近,所以它们肯定是在不同的时间独立进化了它们的集中的神经系统。

那是一个不寻常的进化学成绩。“传统上,神经学家和生物学家认为复杂的结构只进化一次,”Kocot的同事Leonid Moroz说。

“我们发现,复杂大脑的进化不会以线性进程进行。平行进化可以达到不同种群中相似的复杂水平。我算出它至少进化了四次。”

独立进化中枢神经系统的四个种群包括章鱼,一个叫做Helisoma的淡水蜗牛种,Tirtonia—一种色彩绚丽的海蛞蝓—以及Dolabrifera,这是另外一种海蛞蝓种,尽管外观审美上并不如前一种好看。

“如果这些结果可靠,则强烈表明,在软体动物中中枢神经进化不止一次,”Paul Katz说,他是乔治亚州立大学的神经生物学家,“这是复杂性多次出现的进一步证据。”

生物探索推荐英文论文摘要:

Phylogenomics reveals deep molluscan relationships

Evolutionary relationships among the eight major lineages of Mollusca have remained unresolved despite their diversity and importance. Previous investigations of molluscan phylogeny, based primarily on nuclear ribosomal gene sequences or morphological data, have been unsuccessful at elucidating these relationships. Recently, phylogenomic studies using dozens to hundreds of genes have greatly improved our understanding of deep animal relationships. However, limited genomic resources spanning molluscan diversity has prevented use of a phylogenomic approach. Here we use transcriptome and genome data from all major lineages (except Monoplacophora) and recover a well-supported topology for Mollusca. Our results strongly support the Aculifera hypothesis placing Polyplacophora (chitons) in a clade with a monophyletic Aplacophora (worm-like molluscs). Additionally, within Conchifera, a sister-taxon relationship between Gastropoda and Bivalvia is supported. This grouping has received little consideration and contains most (>95%) molluscan species. Thus we propose the node-based name Pleistomollusca. In light of these results, we examined the evolution of morphological characters and found support for advanced cephalization and shells as possibly having multiple origins within Mollusca.

关键词: