自达尔文时代以来，科学家们一直在思考像鸸,,鸵鸟，猕猴桃，食火鸡和其他人一样的不会飞的鸟类是如何相关的，而且几十年来人们都认为它们必须共享一个共同的祖先，他们为了更加扎根的生活而抛弃了天空。
到了21世纪初，使用遗传工具的新研究颠覆了这个故事，而是指出了无人驾驶在整个历史中多次演变的观点。然而，没有答案的是关于进化是否在每个独立的禽类谱系中拉出相似或不同的遗传杠杆的问题。
哈佛大学的一个研究小组认为他们现在可能已经有了部分答案。
基于对十几只不会飞的鸟类的基因组进行分析，包括灭绝的moa，由FAS信息学组生物信息学主任Tim Sackton和有机与进化生物学教授Scott Edwards领导的研究小组发现，不同的物种在其基因组的蛋白质编码部分中表现出广泛的多样性，它们在演变飞行损失时似乎转向相同的调节途径。该研究发表在最近的一篇文章中描述了科学。
除了Sackton和Edwards之外，该研究还由统计学和生物统计学教授Jun Liu共同撰写。统计研究助理何志辉;Alison Cloutier，在爱德华兹实验室工作的博士后研究员;Phil Grayson，爱德华兹实验室的研究生;和来自新西兰，德克萨斯大学，奥斯汀和皇家安大略博物馆的团队。
“在融合性状的进化生物学方面有着悠久的历史 - 这种观点认为存在着对同一种表型的独立演化，”萨克顿说。“我们感兴趣的是，这是怎么发生的?”
萨克顿指出，不会飞的鸟类都有类似的体型。“他们在不同程度上减少了前肢[翅膀]，并且他们都在胸骨中丢失了”龙骨“，从而固定了飞行肌肉，”他说。“这相当于一系列趋同的形态变化，导致了所有这些物种的类似身体计划。”
为了理解推动这一系列变化的因素，萨克顿，爱德华兹和他们的同事们转向了鸟类的基因组。
我们不仅想要比较基因组中编码蛋白质的部分，还要比较基因组中调节这些蛋白质表达时间的部分，”萨克顿说。为了确定研究中检查的各种物种中的那些区域，该团队使用了一个过程，该过程涉及对准三十多种鸟类的基因组 - 飞行和不飞行 - 然后确定其基因序列差异相对较小的区域。基因组中保守但不属于蛋白质的这些位置可能具有调节功能。
“我们与哈佛大学的统计学合作者一起开发了一种新的统计方法，使我们能够针对每个监管要素询问这些物种中有多少表现出相同的分歧模式，这表明它们已经改变了相同的监管要素， “萨克顿说。“我们发现，尽管蛋白质编码基因[一般]没有太多共享，但这些调控区域存在，这表明每当这种表型进化时，就会有共同的发育途径。”
Sackton说，虽然蛋白质编码基因似乎是饮食，羽毛功能和环境适应的原因，但监管区域似乎在随着飞行损失而出现的身体尺度变化中起着关键作用。
“有关形态变化的有趣之处......他们必须保留他们的后肢，”他说。“有很多方法可以阻止肢体形成，但是在不改变后肢的情况下收缩前肢更加困难。”
在某种程度上，萨克顿说，这似乎有点奇怪 - 看起来很奇怪，简单地说，不是简单而不是缩小一个肢体可能更容易。
“如果你考虑一下，有很多方法可以打破一些东西，”他说。“在肢体发育的早期阶段有很多步骤，如果蛋白质没有被表达，那么它只会关闭系统并且你不会得到肢体。但这实际上是身体缩放的复杂变化。你不能只是不知不觉地将肢体长到不同的大小，所以...它们保持功能性后肢的重要性限制了系统，这可能就是我们看到这种趋同模式的原因。“
为证明该理论，该团队用一种能产生绿色荧光蛋白的基因标记了鸟类基因组中的某些调控区域。他们发现，在不会飞行的物种中，据信这些区域经历了功能变化，标记基因被有效地关闭。
“为了让一个人开始成长，需要发生一系列事情......所以，如果你能够敲除增强剂并使这些蛋白质更难表达，你可以延迟这个过程，”萨克顿说。“这表明这些地区可能已经失去了一些重要的结合位点，阻止它们成为增强剂。”
萨克顿说，归结为鸟类在飞行失败方面的选择有限，因此各种物种一次又一次地进入同一井。
“这是我们从这项工作中得出的结论，”他说。“在缩放方面你可以通过有限的方式获得这种类型的改变，并且它们以早期肢体发育的这种调节为中心。”
该研究还强调了Sackton，Edwards及其同事采用的多学科方法的力量。
“对于我个人而言，这个项目令人兴奋的事情之一是我们如何能够将信息学小组的计算专业知识应用于进化生物学中这一非常重要的问题，”Sackton说。“计算，统计遗传学与自然历史观点的结合对于全面了解这些鸟类如何进化非常重要。”
“令人兴奋的是，拥有多种技能的研究团队可以做些什么，”Edwards补充道。“我们的小组有发育生物学家，计算生物学家，形态学家，统计学家，人口遗传学家 - 当然还有鸟类学家。每个人都有不同的观点，我认为结果令人惊讶。”
标签：鸟类进化
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