研究发现 6600 万年前的大规模灭绝引发了鸟类基因组的快速进化

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　　6600 万年前，一颗小行星撞击地球后不久，非鸟类恐龙的生命就结束了，但鸟类早期祖先的进化故事却开始了。
　　化石记录告诉我们，现存鸟类的早期祖先是在小行星引发的大规模灭绝事件之后开始进化的，但研究人员并不确定他们将如何看到这个故事反映在鸟类基因组中。
　　现在，密歇根大学的一项研究发现了由大规模灭绝（称为白垩纪末期大规模灭绝事件）引起的鸟类基因组的重要变化，最终导致了现存鸟类的惊人多样性。
　　该研究考察了所有主要鸟类群体的进化轨迹，并在鸟类 DNA 中发现了“基因组化石”的证据，这些化石标志着鸟类进化为 10,000 多种现存物种的关键进化步骤。这项研究以开放获取文章的形式发表在《科学进展》杂志上。
　　“通过研究现存鸟类的 DNA，我们可以尝试检测出地球历史上最重要的事件之一之后发生变化的基因序列模式，”主要作者杰克·伯夫 (Jake Berv) 说道，他以密歇根大学生态和进化生物学系密歇根生命科学研究员的身份完成了这项研究。
　　“这些事件的特征似乎已经印在了幸存者的基因组中，以至于我们几千万年后仍能检测到。”
　　生物体的基因组由四种核苷酸分子组成，分别用字母 A、T、G 和 C 表示。基因组中这些核苷酸的顺序定义了生命的“蓝图”。
　　DNA 密码有时会发生进化，从而改变整个基因组中 DNA 核苷酸的整体组成。这些组成变化对于确定可能发生哪种遗传变异、促进生物体的进化潜力或进化能力至关重要。
　　研究人员发现，大规模灭绝事件引发了核苷酸组成的变化。他们还发现，这些变化似乎与鸟类幼鸟的发育方式、成年体型和新陈代谢有关。
　　例如，在大灭绝发生后的大约 300 万到 500 万年间，幸存的鸟类谱系倾向于发展出较小的体型。它们还改变了幼鸟的发育方式，更多物种变成了“晚成性”。这意味着它们孵化时仍处于胚胎阶段，需要父母喂养，并且可能需要数周时间才能长出羽毛，Berv 说。孵化后就准备好自力更生的鸟类，如鸡和火鸡，被称为“早成性鸟类”。
　　“我们发现成年鸟类的体型和孵化前的发育模式是鸟类生物学的两个重要特征，我们可以将这两个特征与我们检测到的基因变化联系起来，”伯夫说道，他现在是密歇根大学密歇根数据与社会人工智能研究所的施密特人工智能科学博士后研究员。
　　Berv 表示，进化生物学和鸟类学面临的最大挑战之一是梳理主要鸟类群体之间的关系——确定现存鸟类生命之树的结构非常困难。在过去 15 年中，研究人员一直在应用越来越大的基因组数据集来尝试解决这个问题。
　　此前，研究人员利用基因组数据研究鸟类基因组的进化，所采用的统计模型具有很强的假设性。这些“传统”模型允许研究人员重建遗传变化的历史，但它们通常假设 DNA 的组成（即 A、T、G 和 C 核苷酸的比例）在进化史上不会发生变化。
　　2019 年末，Berv 开始与密歇根大学生态学和进化生物学教授 Stephen Smith 合作，后者正在开发一种软​​件工具，以更紧密地追踪生命之树不同分支中随时间变化的 DNA 组成。
　　有了这一工具，研究人员就能够放宽 DNA 组成保持不变的假设。史密斯说，这使得 DNA 进化的“模型”能够在进化树上发生变化，并确定 DNA 组成可能发生转变的地方。
　　Berv 表示，在这项新研究中，这些变化集中在白垩纪末期大规模灭绝后的大约 500 万年内。他们的方法还使他们能够估计哪些鸟类特征与 DNA 组成的这些变化最密切相关。
　　“我们认为这是一种重要的遗传变化，可以将其与大规模灭绝事件联系起来，”他说。“据我​​们所知，DNA 成分的变化此前从未与白垩纪末期大规模灭绝如此明确地联系起来。”
　　这项研究的共同作者、剑桥大学脊椎动物古生物学教授丹尼尔·菲尔德一直对了解白垩纪末期大规模灭绝如何影响鸟类进化很感兴趣。他为大规模灭绝后早期鸟类的进化提供了指导。
　　“我们知道大规模灭绝事件会极大地影响生物多样性、生态和生物形态。我们的研究强调，这些灭绝事件实际上可以对生物生物学产生更深远的影响——通过改变基因组进化的重要方面，”菲尔德说。
　　“这项研究加深了我们对大规模灭绝事件对生物学产生的巨大影响的理解，并强调，导致巨型恐龙灭绝的大规模灭绝是地球整个历史上对生物学影响最大的事件之一。”
　　研究人员表示，通过放宽进化生物学中典型的假设，他们可以对鸟类早期历史中发生的一系列事件建立更细致的洞察。
　　史密斯说：“我们通常不会将生命之树中 DNA 组成和模型的变化视为在特定时间和地点发生的一些有趣变化。这项研究表明，我们可能忽略了一些东西。”