鲸鱼从陆地到海洋的进化

放大 / 鲸鱼和它们的近亲是从陆地哺乳动物进化而来的，这一转变导致了重大的生理和形态变化，遗传学家已经开始对此进行分析。 海耶斯·巴克斯利/迪士尼+国家地理

大约4亿年前，所有四肢生物的祖先在陆地上迈出了他们的第一步。快进大约 3.5 亿年，那些早期地球居民的后代发生了翻天覆地的变化：他回到了水中。随着时间的推移，这些返回海洋的生物产生了与陆地生物截然不同的动物：它们变成了今天在海洋中滑行的壮观的鲸鱼、海豚和鼠海豚。

回归水生生物是一个极端的决定，它会在大约 1000 万年的时间里改变动物的内在和外在——从进化的角度来说只是一眨眼的功夫。这个群体的成员，现在被称为鲸类动物，为了强大的吸虫放弃了他们的后肢并且几乎失去了所有的头发。几十年来，它们奇异的身体结构一直让古生物学家感到困惑，他们推测它们可能起源于海洋爬行动物、海豹、袋鼠等有袋动物，甚至是现已灭绝的食肉动物群，如狼。

“总的来说，鲸类动物是最奇特和异常的哺乳动物”，一位科学家在 1945 年写道。

然后，在 1990 年代后期，基因数据证实，鲸鱼属于产生牛、猪和骆驼的同一进化系，即偶蹄目。后来，来自现代印度和巴基斯坦的化石充实了这个家谱，将最早的鲸类动物亲属确定为小型鹿状生物。

但它们的身体结构只是鲸类怪异的开始。为了在海中生存，他们还必须进行内部改造，改变他们的血液、唾液、肺和皮肤。其中许多变化在化石中并不明显，而且鲸类动物也不容易在实验室中进行研究。相反，再次是遗传学让他们重见天日。

随着鲸类基因组的可用性越来越高，遗传学家现在可以寻找伴随返回水中的分子变化。虽然无法确定任何特定突变的影响力有多大，但科学家们怀疑，他们看到的许多突变都对应于允许鲸类动物在海洋中潜水和繁衍生息的适应性变化。深蓝色。

潜入深处

第一批鲸类动物在回到水中时失去的不仅仅是腿：整个基因都失去了功能。在构成基因组的大量遗传字母书中，这些缺失的基因是最容易检测到的变化之一。它们以杂乱无章或支离破碎的句子形式出现，不再编码完整的蛋白质。

这种损失可能以两种方式发生。也许拥有一个特定的基因在某种程度上对鲸类动物有害，所以失去它的动物获得了生存优势。德国法兰克福 Senckenberg 研究所的基因组学科学家 Michael Hiller 说，也可能是“用进废退”的情况。如果该基因在水中没有用处，它会随机积累突变，当它停止工作时，动物的情况不会变得更糟。

Hiller 和他的同事通过将四种鲸类动物（海豚、虎鲸、抹香鲸和小须鲸）的基因组与 55 种陆地哺乳动物以及海牛、海象和斑海豹的基因组进行比较，深入研究了向水的过渡。威德尔. .该团队在 2019 年的 Science Advances 中报告说，当鲸类祖先适应海洋时，大约 85 个基因变得无功能。Hiller 说，在许多情况下，他们能够猜测这些基因消失的原因。

例如，鲸类动物不再有一个特定的基因——SLC4A9——参与制造唾液。有道理：嘴里已经装满了水，吐口水有什么意义？

鲸类动物还失去了四个基因，这些基因参与褪黑激素的合成和反应，褪黑激素是一种调节睡眠的激素。鲸鱼的祖先可能很快就发现，如果他们连续数小时关闭大脑，就无法浮出水面呼吸。现代鲸类只睡一晚...