我国科学家提出现生鸟类全新类群——“元素鸟类”

近日，我国科学家发起并作为主要参与方的万种鸟类基因组计划发布了第二阶段的关于鸟类生命之树的研究成果。

该研究重建了现生鸟类演化的生命之树，厘清了现生鸟类各类群之间的关系，提出了新的分类方案，解决了鸟类类群关系长达一个多世纪的争议，为正确理解鸟类物种演化及复杂性状演化奠定了坚实基础。该成果已发表在国际著名学术期刊《自然》上。

梳理鸟类演化关系是极大的挑战

现生的鸟类有超过一万种，在生物分类学上属于鸟纲中的新鸟亚纲，大致可以分为古颚类和今颚类两个主要的类群。

古颚类里包含了大量无法飞行的鸟类，如非洲的鸵鸟、澳洲的鸸鹋和新西兰的鹬鸵等。今颚类则可以进一步分为鸡雁小纲与新鸟小纲两大分支，前者包括鸡、鸭和雁等，后者则是当今鸟类的主体，包括了95%的现生鸟类。

鸟类是恐龙的后裔，所有其他类群的恐龙在白垩纪末期的大灭绝事件中走向了终结，但鸟类却出现了物种快速繁衍和分化。根据过去的研究，在不到1千万年里，新鸟类的祖先分化出大量的新的类群，基本奠定了当下新鸟小纲近万种鸟类的物种多样性格局。

在过去100多年里，鸟类系统分类学的研究人员通过不同数据类型，例如形态学数据、线粒体数据、少量蛋白质编码基因序列数据和鸟类物种基因组数据等，对新鸟小纲主要类群之间的系统发育关系提出了各种各样的观点，也产生了许多争议。

据论文通讯作者、浙江大学生命演化研究中心讲席教授张国捷介绍，由于分化时间很短，研究人员梳理各种鸟类的演化地位以及不同类群之间关系面临极大挑战，导致对现生鸟类的分类在“目”和“科”级别上极其混乱，缺乏统一的认识。

快速的辐射性演化是祖先物种在较短时间内爆发出多个物种类群的过程。论文共同作者、浙江大学生命演化研究中心研究员冯少鸿表示，在这个过程中存在的基因不完全谱系分流、分化后跨物种杂交等现象，会使类群间的亲缘难以判定。

据介绍，本次研究以更为合理的全基因组范围筛选的基因间区比对序列数据集重新构建了现生鸟类的系统发育树，研究校正了前人研究的认识误区，对之前认为的演化关系进行了较大幅度的调整，新的分类方案将新鸟小纲内划分出四个主要的演化支，包括奇迹鸟类、鸽鸨类、陆鸟类和一个本研究提出的全新类群。

这个新的类群被称为“元素鸟类”，既包括了主要在水域活动的企鹅、潜鸟、信天翁等鹭形类和鹤形类鸟类，也包括了主要在陆地活动的麝雉等，还有更擅长在天空活动的夜鹰和雨燕等夜鹰目鸟类；对应水、土和气三种古典元素，因此得名。过去的研究将这几类鸟类分散在不同的演化分支里，但这项研究结果表明它们其实来自于一个单系群，也就是由相同的祖先分化而来。

基因间区序列成为更理想的选择

新鸟类发生辐射性演化的时间也存在较大争议。之前的分子生物学研究可以推定这一事件发生在白垩纪末期那次大灭绝事件附近，但是不能判定是发生在大灭绝之前还是之后。

冯少鸿表示，“我们构建的鸟类系统发育时间树，支持大量的新鸟类群是在白垩纪-古近纪界线后发生快速的辐射性演化的观点。此外，我们还发现在大灭绝事件后，早期新鸟类的有效种群大小发生了急剧扩张，碱基替换率和相对脑容量急剧上升，而体重急剧降低等一系列变化。这也支持了新鸟类的多样化是适应新兴生态位而发生快速辐射性演化的假说。”

据他介绍，研究人员还定位了鸟类的另一个辐射性演化事件，这一事件发生在古近纪-新近纪界线之后，距今大约2240万年，结果导致了雀形目鸟类成为了现代鸟类的第一大类群。这个类群目前有超过6000个物种。

在传统构建系统发育关系研究中，编码蛋白质的序列和超保守元件等保守的基因组区域常被选为构树的数据来源。但这些保守区域受到维持蛋白质结构和功能的选择压力，展现出了极为复杂的演化模式。而受到选择压力较低的区域可能是更为适宜的研究材料。

论文共同作者、中国科学院大学博士研究生陈光霁告诉记者，“基因间区序列可能是更为理想的选择。我们的研究印证了这一猜想。相比增加物种数量与增加数据量的方案，提高有效数据量对解决过去的部分分支的分类难题更为关键。”

研究团队比较了不同类型的序列对系统发育关系的影响，发现编码蛋白质的外显子序列确实带来了最为明显的差异偏倚。以外显子基因组序列构建的物种树与基因间区序列构建的物种树在内支上存在38处差异，而其他数据类型则只有6-7处差异。

外显子树还表现出更低的拓扑结构一致性，且更容易受到抽样到不同基因序列而带来的偏差，以及抽样数据量多少的影响。这一结果再次佐证了基因间区序列是进行系统发育关系重构分析中更为理想的选择。

“通过生命之树，我们不仅可以理解一个物种或者生物类群在何时起源、如何起源，以及起源后的演化历史，而且还为我们理解生物学现象和功能的起源和演化历史提供了可能。”张国捷说，此次提出的新的“科”级别鸟类生命之树为我们理解所有现生一万多种鸟类的演化过程提供了基础性的分类框架，为理解全面生物多样性格局的建立奠定了基础。