他山之“猴”，助解人類演化謎題_報(bào)道

人類是如何起源的？社會(huì)行為是如何形成的？聰明的大腦是如何演化而來(lái)的……在解答關(guān)于人類的重要謎題時(shí)，科學(xué)家把目光投向人類的“近親”—非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物。6月2日，11篇關(guān)于非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物起源和演化的論文齊發(fā)，讓人類離破解謎題更近一步。

非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物是人類的近親，也是研究人類復(fù)雜性狀起源與進(jìn)化的關(guān)鍵類群。

隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，近年來(lái)人們已經(jīng)有能力通過基因研究來(lái)回答靈長(zhǎng)類動(dòng)物和人類獨(dú)特的身體結(jié)構(gòu)特征演變的相關(guān)問題，但研究進(jìn)展緩慢。

(資料圖)

“為了填補(bǔ)靈長(zhǎng)類遺傳資源和進(jìn)化生物學(xué)機(jī)制方面的不足，我們?cè)?018年攜手國(guó)內(nèi)外多家科研單位，發(fā)起靈長(zhǎng)類基因組計(jì)劃（PGP）。”該計(jì)劃發(fā)起人、中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所研究員吳東東告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

幾年來(lái)，圍繞靈長(zhǎng)類大尺度比較基因組學(xué)和復(fù)雜性狀演化、基因組多樣性、社會(huì)系統(tǒng)復(fù)雜性、物種形成、疾病變異位點(diǎn)演化等重大科學(xué)問題，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)開展了系列原創(chuàng)性研究，并取得了重大成果。11篇重磅論文于6月2日發(fā)表在《科學(xué)》《科學(xué)·進(jìn)展》《自然·生態(tài)與演化》等國(guó)際期刊上。

挑戰(zhàn)中，靈長(zhǎng)類基因組計(jì)劃聯(lián)盟應(yīng)時(shí)而生

作為靈長(zhǎng)類中的一員，人類一直關(guān)注著非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的起源和演化。靈長(zhǎng)目是哺乳動(dòng)物中種類最豐富的類群之一，包括16科82屬520余種，僅次于翼手目和嚙齒目，且目前依然有新物種不斷被發(fā)現(xiàn)。

幾乎所有靈長(zhǎng)類動(dòng)物都是重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物，像長(zhǎng)臂猿、滇金絲猴等都是生物多樣性保護(hù)的旗艦物種，但目前，全球靈長(zhǎng)類物種豐富度和群體數(shù)量正遭受前所未有的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

“作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，非人靈長(zhǎng)類是連接基礎(chǔ)研究和臨床的非常關(guān)鍵的橋梁。”吳東東說，解析和重構(gòu)靈長(zhǎng)類祖先到現(xiàn)代人類進(jìn)化過程中的基因組變異圖譜，是理解人類進(jìn)化生物學(xué)不可或缺的一部分，也是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題。

“非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物在生物學(xué)、演化學(xué)、藥理學(xué)等領(lǐng)域中扮演著重要的角色，但520多個(gè)物種中，僅有不到10%的參考基因組得到測(cè)序和解讀。”浙江大學(xué)生命演化研究中心教授張國(guó)捷說，測(cè)序進(jìn)展緩慢大大限制了人們對(duì)非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的基因組演化、適應(yīng)性演化以及分子生物學(xué)方面的深入探究，這需要協(xié)作與創(chuàng)新。

基于此，2018年，吳東東等人發(fā)起的靈長(zhǎng)類基因組計(jì)劃吸引了眾多國(guó)內(nèi)外同行響應(yīng)和參與，除了吳東東團(tuán)隊(duì)和張國(guó)捷團(tuán)隊(duì)，西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院齊曉光教授團(tuán)隊(duì)、云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院于黎研究員團(tuán)隊(duì)等國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)，以及來(lái)自西班牙、美國(guó)、丹麥、德國(guó)的團(tuán)隊(duì)紛紛加入，結(jié)成聯(lián)盟。

“聯(lián)盟最大的亮點(diǎn)是我們產(chǎn)生基礎(chǔ)數(shù)據(jù)并擁有所有權(quán)，但數(shù)據(jù)又是公開的，全球科學(xué)界可共享。聯(lián)盟成員有各自感興趣的問題，獨(dú)立開展工作，同時(shí)又有協(xié)作。”吳東東說，他們的終極目標(biāo)是把520多種靈長(zhǎng)類動(dòng)物的基因組數(shù)據(jù)都采集到，雖然這不是件容易的事。

聯(lián)盟成立以來(lái)，克服了數(shù)據(jù)龐大、算力不足、疫情中樣本采集難等重重難題，調(diào)用全國(guó)范圍內(nèi)的5個(gè)超算中心，新產(chǎn)生了來(lái)自11個(gè)科26個(gè)屬27個(gè)靈長(zhǎng)類物種的高質(zhì)量參考基因組，同時(shí)整合另外23個(gè)物種已公布的參考基因組，開展了迄今為止規(guī)模最大、物種最全的靈長(zhǎng)類比較基因組學(xué)研究。

砥礪中，揭示靈長(zhǎng)類起源與演化史

人類屬于簡(jiǎn)鼻亞目中的狹鼻類，與黑猩猩、紅毛猩猩、大猩猩等大猿的親緣關(guān)系較近。如此豐富多樣的靈長(zhǎng)類動(dòng)物是從何時(shí)起源的？它們的演化又受到過哪些影響？猴是怎么變?yōu)樵?，猿又是怎么變?yōu)槿说模?/p>

基于50個(gè)靈長(zhǎng)類動(dòng)物物種的高質(zhì)量基因組數(shù)據(jù)，吳東東、張國(guó)捷、齊曉光、于黎等人開始了破譯靈長(zhǎng)類動(dòng)物起源與演化謎題的新征程。

“通過構(gòu)建現(xiàn)生靈長(zhǎng)類全基因組水平系統(tǒng)發(fā)育樹和分子鐘，我們發(fā)現(xiàn)靈長(zhǎng)類最近共同祖先出現(xiàn)在距今約6495萬(wàn)年至6829萬(wàn)年前。”吳東東說，這一區(qū)間與我們熟知的白堊紀(jì)—第三紀(jì)恐龍等生物大滅絕事件重疊，提示靈長(zhǎng)類早期可能受這一事件的影響。

“過去所理解的物種起源過程，是一種‘二叉樹’式的，就是由一個(gè)物種分化成兩個(gè)物種的模式，新研究也校正了這一觀點(diǎn)。”張國(guó)捷告訴記者，此番研究還有一項(xiàng)重要成果，就是首次發(fā)現(xiàn)在獼猴類群中存在跨物種的親密交流，甚至雜交產(chǎn)生一個(gè)新的物種。于黎教授團(tuán)隊(duì)此次就揭示了黔金絲猴的雜交起源問題。

靈長(zhǎng)類的染色體演化經(jīng)歷了哪些歷程？猴子有尾巴而猿類怎么沒有？靈長(zhǎng)類各種性狀演化如何“投射”到基因組變化上……這些無(wú)一不是令人著迷的問題，研究團(tuán)隊(duì)在這些問題上都取得了突破。

不僅如此，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)和解析了靈長(zhǎng)類艾滋病疾病模型的機(jī)制，打破了制約艾滋病研究的關(guān)鍵瓶頸。

聯(lián)盟組團(tuán)，形成了集約優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)生了重大突破。

6月2日，與《基因組學(xué)分析提供了對(duì)靈長(zhǎng)類演化的洞見》論文一道，共有8篇聯(lián)盟成員的論文以專刊形式發(fā)表在《科學(xué)》期刊上；此外，同日還有2篇論文發(fā)表在《科學(xué)·進(jìn)展》，1篇發(fā)表在《自然·生態(tài)與演化》上。

創(chuàng)新中，厚植人類未來(lái)發(fā)展之基

由于這次的最新研究采用了更多染色體級(jí)別的原猴物種進(jìn)行研究，基因測(cè)序的組裝質(zhì)量非常高，彌補(bǔ)了過去數(shù)據(jù)不足導(dǎo)致結(jié)果偏差的缺憾。

通過對(duì)不同靈長(zhǎng)類演化支系的系統(tǒng)生物學(xué)比較，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了數(shù)以千計(jì)的支系特異性基因組變異，這些變異與靈長(zhǎng)類不同支系的特殊功能和表型演化有關(guān)，例如靈長(zhǎng)類動(dòng)物大腦、體型、骨骼、感官、食性等復(fù)雜性狀的演化。

“以大腦為例，傳統(tǒng)認(rèn)知認(rèn)為，在成為智人之后，人的腦容量才慢慢變大，其實(shí)不然。”張國(guó)捷告訴記者，他們找到了眾多相關(guān)基因證據(jù)，證明在漫長(zhǎng)的演化過程中，靈長(zhǎng)類動(dòng)物大腦體積的變化非常顯著。而腦容量增大與這些動(dòng)物的智力水平相關(guān)，同時(shí)也反映了它們?cè)谘莼羞m應(yīng)環(huán)境的能力。

研究團(tuán)隊(duì)重構(gòu)了從靈長(zhǎng)類共同祖先到現(xiàn)代人類基因組的染色體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)靈長(zhǎng)類祖先和現(xiàn)代人類具有保守的核型特征。但他們?cè)陬惾嗽诚履孔嫦?號(hào)染色體發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的染色體融合事件，這可能對(duì)高等靈長(zhǎng)類的創(chuàng)新演化具有重要意義。

“我們研究非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物，一方面當(dāng)然是為了保護(hù)它；另一方面，也可以用來(lái)探究人類的一些特征。”吳東東告訴記者，比如人類自閉癥、精神分裂癥等一些大腦疾病的發(fā)生，其實(shí)跟人類大腦的進(jìn)化息息相關(guān)。因此，解析重構(gòu)靈長(zhǎng)類早期到現(xiàn)代人的整個(gè)歷程，可更全面地洞悉人類自身。

“基于高質(zhì)量、大尺度的非人靈長(zhǎng)類基因組分析，我們幾乎可以推測(cè)人身上每一個(gè)基礎(chǔ)堿基的演化信息。”張國(guó)捷說，面對(duì)人類的健康、疾病甚至罕見病，靈長(zhǎng)類基因組提供了非常多資源，來(lái)告訴我們哪個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了變化，為人類特殊性狀的起源、發(fā)育以及疾病醫(yī)學(xué)研究提供了重要遺傳學(xué)材料和候選分子靶標(biāo)。

此外，這些重大科學(xué)突破，對(duì)靈長(zhǎng)類動(dòng)物多樣性保護(hù)政策制定、遺傳資源的開發(fā)和利用具有重要指導(dǎo)和現(xiàn)實(shí)意義。