魷魚和烏賊是海洋中最迷人的動物之一,被統稱為頭足綱十腕類。幾十年來,科學家一直試圖弄清這些奇特生物的演化歷程,但進展緩慢,因為它們的化石記錄有限,且基因組十分復雜。
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3月30日發表于《自然-生態與演化》的一項研究,將大規模基因組數據集與3個新測序的魷魚基因組結合起來,揭示了一種“長引信”模式,從而解釋了魷魚和烏賊是如何演化成今天所見的多樣化群體的。
魷魚和烏賊生活在從深海到淺海沿岸的各種環境中。盡管種類繁多,但它們大多有一個共同特征——內殼。這一結構差異很大,從烏賊圓潤的海螵蛸,到魷魚薄如刀片的角質殼,再到旋殼魷魚的螺旋形殼,部分淺海物種甚至完全沒有殼。
厘清這些不同形態的親緣關系并非易事。Sanchez解釋道:“早期對十腕類演化的推斷基于分辨率有限的數據集,容易產生偏差信號,掩蓋了不同物種間的真實關系。如今,全基因組數據能夠更清晰、更一致地展現這些動物的演化歷程。”
魷魚基因組通常是人類基因組的兩倍,需要先進技術和強大算力來分析。此外,獲取合適樣本也很困難,因為需要鮮活DNA,而許多物種生活在偏遠或難以抵達的棲息地。最終,研究團隊基于幾乎所有主要譜系的基因組序列,構建了首個頭足綱十腕類的演化樹。
結合基因組數據與化石證據,研究人員重建了魷魚和烏賊的演化時間線與環境背景。“我們的分析顯示,這類動物起源于深海,那里如今仍孕育著像旋殼魷魚這樣的動物。”Sanchez說。
研究表明,主要的十腕類動物大約在1億年前的白堊紀中期進行了首次分化。大約6600萬年前,白堊紀-古近紀大滅絕導致地球上約3/4的物種消失,包括恐龍。盡管遭遇了這場災難,但魷魚的祖先卻幸存下來。
科學家認為,這些早期頭足綱動物在深海富含氧氣的小區域找到了避難所。Sanchez說:“海面環境對頭足綱來說極為惡劣,那時海岸附近幾乎沒有合適的富氧棲息地。而淺海強烈的海洋酸化現象也很可能腐蝕了它們的外殼,因此一些結構能夠在其整個演化歷程中得以保留的事實,恰恰證明了它們起源于更深的海洋。”
隨著地球環境恢復,珊瑚礁逐漸重現,形成了新的淺海生態系統。許多魷魚和烏賊的譜系隨后向這些環境擴散。“在白堊紀初期的譜系分化后,數千萬年間并未出現太多分支。但在大滅絕后的恢復期,物種突然快速多樣化,以適應不斷變化的新生態系統。這就是典型的‘長引信’模式,即一段有限變化時期后的多樣性大爆發。”Sanchez說。
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