給地球上最奇怪動物測序

鴨嘴獸 圖片來源：Lukas / stock.adobe.com

18世紀末，歐洲人在澳大利亞發現了鴨嘴獸，它長得像海貍，通常被認為是世界上最奇怪的哺乳動物。鴨嘴獸表現出一系列奇怪的特征：產卵而不是胎生，分泌乳汁，沒有牙齒，有毒刺，有10條性染色體。這種古怪的半水棲動物一直困擾著研究人員。

近日，中科院昆明動物研究所研究員張國捷領導的國際團隊對鴨嘴獸基因組進行了獨特的研究定位，首次繪制出了完整的鴨嘴獸基因組，并找到了一些鴨嘴獸奇怪特征的答案。相關研究結果發表于《自然》。

“完整的基因組解答了鴨嘴獸的一些奇異特征是如何出現的。”張國捷表示，解碼鴨嘴獸基因組對進一步理解包括人類在內的其他哺乳動物是如何進化的非常重要，這是真獸類哺乳動物進化成能胎生而不是產卵動物的關鍵所在。

鴨嘴獸屬于一種古老的哺乳動物——單孔目動物，在現代哺乳動物出現之前已存在數百萬年。“鴨嘴獸屬于哺乳類動物，但從基因上講，它是哺乳動物、鳥類和爬行動物的混合體。”張國捷指出，鴨嘴獸保存了許多祖先的原始特征，這可能有助于它成功適應生活環境。

鴨嘴獸最不尋常的特征之一是，它雖產卵，但也有用來喂養幼獸的乳腺，不過鴨嘴獸不是通過乳頭分泌乳汁，而是靠腹部兩側的乳孔來分泌。

人類在進化過程中，失去了三種所謂的卵黃蛋白原基因，每個基因對卵黃的產生都很重要。該研究表明，鴨嘴獸仍然攜帶這三種卵黃蛋白原基因中的一種，盡管在大約1.3億年前失去了另外兩個。鴨嘴獸依靠這一剩余基因繼續產卵，這可能是因為鴨嘴獸為幼獸提供乳汁，而不像鳥類和爬行動物那樣依賴卵黃蛋白的產生。

在所有其他哺乳動物中，卵黃蛋白原基因已被酪蛋白基因所取代，酪蛋白基因可產生酪蛋白，酪蛋白是哺乳動物乳汁中的主要成分。該研究表明，鴨嘴獸也攜帶酪蛋白基因，因此它的乳汁成分與奶牛、人類和其他哺乳動物的十分相似。

張國捷說：“這告訴我們，所有現存哺乳動物的產奶能力都是通過同一套基因發展而來的，這些基因來自于一個共同的祖先，這個祖先距今已有1.7億年之久，與侏羅紀時期的早期恐龍一樣。”

鴨嘴獸另一個獨特的特征是沒有牙齒，現代鴨嘴獸有兩個角盤，用來搗碎食物。該研究表明，鴨嘴獸的牙齒大約在1.2億年前脫落，當時負責牙齒發育的8個基因中，有4個消失了。

研究人員還對鴨嘴獸是如何確定性別的進行了研究。人類和地球上其他所有的哺乳動物都有兩條決定性別的性染色體：X和Y染色體系統，其中XX是雌性，而XY是雄性。但是，鴨嘴獸有10條性染色體，5條X和5條Y染色體。

得益于近乎完整的染色體水平基因組，研究人員提出，鴨嘴獸的這10條性染色體以環狀形式排列，隨后被分解為許多X和Y染色體小片段。同時，基因組圖譜顯示，大多數單孔目動物的性染色體與雞的共同點要多于與人類的共同點，表明了哺乳動物和鳥類之間的進化聯系。