早有实验证实鸟类与地上生活的哺乳动物和爬行动物相比,拥有更小型的基因组,而且小型基因组与小体积细胞和高代谢率有关:小细胞的体积/表面积的比率较小,内部的DNA不多,能够更快的运输营养物质和转导跨膜信号。因此,一些研究人员认为飞行的遗传学需要决定了鸟类拥有一个“较小”的基因组。但是飞行和小基因组,二者谁决定谁的进化呢?为了揭开谜底,哈佛大学Chris Organ与其同事评估了鸟类恐龙祖先的基因组大小。文章刊登于最新《科学》杂志。
为了从数百万年之久的化石中获得遗传信息,研究小组观察骨细胞的大小。首先,他们确立了骨细胞大小和从鱼到鸟等26种现存脊椎动物的基因组之间的相关性。利用化石骨的断片,他们测定了31种灭绝的陆地恐龙的骨细胞pockets的大小,推测出骨细胞大小进而推测出恐龙基因组的大小。芝加哥菲尔德博物馆脊椎动物古生物学家Peter Makovicky评价这种创新方法“为新研究开启了许多扇大门。”
研究结果显示恐龙基因组在鸟类出现之前的600万年前的蜥臀目恐龙(saurischian lineage,在这一类恐龙中鸟类是惟一现存的成员)即已明显缩短。似乎表示,大型兽如Tyrannosaurus rex在它们的后代统领天空之前,即获得了“遗传物质小型化”这个飞行的必要条件。
缩小基因组是为了飞行很难说清基因组是什么时候开始缩小的,文章作者将时间限制在距今2.5-2.3亿年前。但Makovicky强调恐龙化石记录是不确定的,并不是所有的化石都经过了研究。“但是全部结果——基因组大小发生变化出现在鸟类进化之前——看起来非常明确。”
研究人员还发现现存脊椎动物的DNA暗示,飞行类的基因组已经丢失了大部分重复序列。他们推测一个砍掉行李DNA的自主过程应该是保持基因组整洁所必须的。
尽管研究提示小基因组出现在鸟类出现之前,但也显示飞行维持细胞和基因组的小型化。现代鸟类已经采取了一个更加“定居”的生活方式,如鸵鸟的基因组就比飞行能力较强的鸟类的基因组大。也许砍掉冗余DNA的自主过程在这些动物中已经不存在。Organ说下一个有趣的研究是观测鸟臀目恐龙的基因组大小。
关于所能想到的鸟类进化出的特征很少,包括羽毛、筑巢和双亲哺育等现在看起来更像是在鸟类出现之前即以在恐龙中出现。(生物通记者 小粥)
与脊椎动物飞行有关的、人们不是很了解的因素之一是基因组的减小。鸟类与脊椎动物相比基因组小得多,蝙蝠一般比不会飞的脊椎动物的基因组要小。但是,是飞行使得基因组变小的,还是基因组变小才使得动物能够飞行的?根据对恐龙骨细胞体积和基因组大小所作的广泛分析来判断,事实似乎是后一种情况。基因组减小可以追溯到蜥臀目恐龙(在这一类恐龙中鸟类是唯一现存的成员),但在鸟臀目恐龙中却没有。所以,基因组减小就可以归到我们现在跟鸟类联系在一起的一组形态特征中,这些形态特征可以远远追溯到鸟类的恐龙祖先。
恐龙可能有着非常庞大的身躯,但研究表明许多恐龙(*)的基因组比现代蜂鸟(**)的基因组都还小,所以一些科学家们将生物体的骨细胞与基因组大小联系起来,并用这套新理念来测量31种已经消失的恐龙和鸟类的基因组大小。哈佛大学的Chris Organ和Scott V. Edwards主持了这项研究工作,并将研究成果公布在了本周的《Nature》杂志上。
“我们发现两类恐龙间存在明显的区别,” 机体和进化生物学实验室的Organ介绍说,“食肉动物兽脚类恐龙(Δ),例如霸王龙(ΔΔ)和速龙(ΔΔΔ),它们的基因组非常小,与现代鸟类的基因组大小差不多。鸟臀目恐龙(δ),包括剑龙(δδ)和三觭龙(δδδ),它们的基因组则相对大得多,与蜥蜴和鳄鱼的基因组大小相似。我们对于长脖子的蜥脚龙类(δδδδ)的基因组还没能深入研究。”
Organ和Edwards介绍说恐龙基因组的这种明显的二分裂,是因两类恐龙的基因组中重复和非编码DNA的大小不同造成的。这个因素也可以用以解释许多动物物种的基因组大小的差异。他们估计了一下,有活性的重复性DNA占了鸟臀目恐龙的基因组的12%左右,而仅占了兽脚类恐龙基因组的8.4%。


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