一项采用全基因组尺度数据的开创性研究彻底改变了我们对鸟类进化的理解，揭示了鸟类物种之间系统发育关系的新见解。通过分析363种鸟类的综合数据，该研究重新定义了鸟类的家谱，确定了新鸟中的四个主要分支，并揭示了鸟类复杂的进化史。来源:SciTechDaily.com

迄今为止最广泛的基因组研究揭示了这种鸟类在大规模灭绝后是如何在世界各地传播的。

鸟类是现今唯一幸存的恐龙谱系。大约6600万年前，在白垩纪到古近纪的过渡时期(K-Pg边界)，一场灾难性的灭绝事件导致了所有非鸟类恐龙的灭绝，为鸟类迅速多样化和占据广泛的生态位提供了机会。

新鸟，一个多样化的群体，大约占今天所有鸟类的95%，从这种辐射中出现。从安第斯山脉高耸的秃鹰到在热带森林中飞翔的小型蜂鸟，neoave包含了令人惊叹的形式和功能的多样性。

尽管利用形态学数据和分子数据重建了鸟类的进化史和K-Pg事件的影响，但新鸟谱系之间的精确分支顺序和关系仍然存在争议。

该论文的资深作者、浙江大学进化生物学讲座教授、B10K项目发起人之一张国杰表示:“以前对来自不同基因组区域的小数据集的研究，往往会在鸟树的拓扑结构方面产生相互矛盾的结果。”“在这项研究中，我们首次采用全基因组规模的数据来构建几乎所有代表性家族的鸟类树。”

基因组数据的进展

这个完整的基因组数据集是由B10K联盟在其第二阶段制作的，其中包括363种鸟类，涵盖所有主要的鸟类谱系。

新的家谱在解开鸟类进化之谜的漫长旅程中开辟了新的领域。根据这一最新的鸟类家谱，包含火烈鸟和灰鹭(称为Mirandornithes)的一组是最早进化的新鸟谱系之一。

基于63430个基因间位点的363种鸟类亲缘关系。图片来源:Josefin Stiller

新树通过将这个大群体分为四个主要分支来挑战新树的组织结构:mirandornites, Columbaves, Elementaves和Telluraves。元素目是一个新提出的分类，包括约14%的现代鸟类，包括不同的类群，如神秘的hoatzin、滨鸟、蜂鸟和热带鸟。

元素的命名反映了这个群体在生态位上的显著多样性，代表了地球、空气和水的主要元素。这一新的家谱解决了长期以来关于鸟类物种间关系的争论，为鸟类进化和性状发育的研究奠定了坚实的基础。

综合基因组分析的影响

通过使用363种鸟类的全基因组数据，这是迄今为止用于鸟类系统发育分析的最大数据集。该团队建立了一个新的管道来提取分布在基因组中的超过15万个区域。

“我们描述了整个基因组的系统发育关系，并确定了与基因组背景和序列特征相关的模式，”这项研究的主要作者、哥本哈根大学进化生物学助理教授Josefin Stiller说，“我们发现基因组的不同部分，例如，单个染色体或蛋白质编码基因，通常支持截然不同的树。这可能解释了为什么只分析某些基因组部分的研究存在冲突。”

将高质量和大量的数据放在一起是生成健壮的系统发育树的关键。该团队发现，对于大多数分支机构来说，当使用了足够数量的数据时，就可以就它们之间的关系达成共识。但是，即使有了全基因组规模的数据，猫头鹰和鹰等一些鸟类群体的系统发育位置仍然令人困惑。

基于63430个基因间位点的363种鸟类的分化时间。图片来源:Josefin Stiller

“更多的数据并不一定产生更好的解决方案，”张说。Siavash Mirarab是这项研究的资深作者之一，他是加州大学圣地亚哥分校的电子和计算机工程教授，他补充说:“造成这种情况的原因可能是一些复杂的进化历史，比如两个谱系之间的古代交叉交配，不完整的谱系分类，长分支吸引，以及有偏差的DNA序列内容，所有这些都会干扰系统发育树的重建。”

该研究报告了这些因素中哪些影响了树的哪些分支的新见解，为这些鸟类群体的起源提供了更全面和真实的画面。该研究还提出了一个更精确的现代鸟类多样化的时间尺度，表明在白垩纪-古近纪(K-Pg)边界的大灭绝期间或附近发生了一次快速辐射，而在古近纪-新近纪边界之后不久发生了较小程度的辐射。

研究人员发现，这些辐射与鸟类之间显著的遗传和形态变化相吻合，包括更高的突变率、更小的体型、更大的大脑和更大的有效种群规模。斯蒂勒说:“这说明了比较基因组学的力量:通过比较现存物种的基因组，我们可以发现6600万年前发生的事件的痕迹。”

“我们的工作改变了许多关于鸟类进化史的传统观点。这个新的家谱将成为绘制所有鸟类物种进化史的坚实支柱，对鸟类学研究和生物多样性研究具有重要意义。”

参考:“鸟类进化的复杂性由家族水平的基因组揭示”，作者:Josefin Stiller，冯shaohong, Al-Aabid Chowdhury, Iker Rivas-González, David A. Duchêne，方奇，Deng Yuan, Alexey Kozlov, Alexandros Stamatakis, Santiago Claramunt, Jacqueline M. T. Nguyen, Simon Y. W. Ho, Brant C. Faircloth, Julia Haag, Peter Houde, Joel craft, Metin Balaban, Uyen Mai，陈光基，高荣生，周成兰，谢yulong，黄子jian，曹真，闫志，Huw A. Ogilvie, Luay Nakhleh, Bent Lindow，Benoit Morel, Jon fjelds ， Peter A. Hosner, Rute R. da Fonseca, Bent R. da Fonseca, Joseph A. Tobias, Tamás sz ， Jonathan David Kennedy, Andrew Hart Reeve, Andras Liker, Martin Stervander, Agostinho Antunes, Dieter Thomas Tietze, Mads Bertelsen, Fumin Lei, Carsten Rahbek, Gary R. Graves, Mikkel H. Schierup, Tandy Warnow, Edward L. Braun, M. Thomas P. Gilbert, Erich D. Jarvis, Siavash Mirarab和Guojie Zhang, 2024年4月1日，Nature。DOI: 10.1038 / s41586 - 024 - 07323 - 1