在当今看起来最原始的动物中寻找动物生命树的最早分支，科学家们逐渐将可能性缩小到两类:海绵，它们整个成年期都在一个地方度过，从海水中过滤食物;还有栉水母，这是一种贪婪的捕食者，它们在世界各地的海洋中划着桨寻找食物。

在本周发表在该杂志上的一项新研究中自然，研究人员使用一种基于染色体结构的新方法得出了一个明确的答案:栉水母，或栉水母(teen' a-fores)，是第一个从动物树分支出来的谱系。接下来是海绵，然后是所有其他动物的多样化，包括人类的谱系。

尽管研究人员确定栉水母谱系在海绵动物之前就已经分化了，但这两类动物都是从它们共同的祖先进化而来的。然而，进化生物学家认为，这些群体仍然与最早的动物有共同的特征，研究动物生命之树的这些早期分支可以揭示动物是如何产生并进化到我们今天所看到的物种多样性的。

“所有动物最近的共同祖先可能生活在6亿或7亿年前。很难知道它们是什么样子的，因为它们是软体动物，没有留下直接的化石记录。但我们可以通过对现存动物的比较来了解我们共同的祖先，”加州大学伯克利分校分子和细胞生物学教授丹尼尔·罗克萨说，他与维也纳大学的达林·舒尔茨和奥列格·西马科夫共同发表了这篇论文。爱博网投领导者“这是令人兴奋的——我们正在回顾过去，我们没有希望得到化石，但通过比较基因组，我们正在了解这些非常早期的祖先。”

研究人员说，了解动物谱系之间的关系将有助于科学家了解动物生物学的关键特征，如神经系统、肌肉和消化道，是如何随着时间的推移而进化的。爱博网投领导者

舒尔茨说:“我们开发了一种新的方法，可以最深入地了解动物生命的起源。”舒尔茨是该研究的主要作者，曾是加州大学圣克鲁斯分校(UC Santa Cruz)的研究生，也是蒙特利湾水族馆研究所(MBARI)的研究员，现在是维也纳大学的博士后研究员。“这一发现将为科学界开始更好地理解动物是如何进化的奠定基础。”

什么是动物?

大多数熟悉的动物，包括蠕虫、苍蝇、软体动物、海星和脊椎动物——包括人类——都有一个头部和一个集中的大脑，一个从嘴巴到肛门的肠道，肌肉和其他共同的特征，这些特征在大约5亿年前著名的“寒武纪大爆发”时期就已经进化出来了。这些动物一起被称为双边动物。

其他善意的然而，像水母、海葵、海绵和栉水母这样的动物，它们的身体结构更简单。这些生物缺乏许多两侧动物的特征——例如，它们没有明确的大脑，甚至可能没有神经系统或肌肉——但它们仍然具有动物生命的特征，特别是从受精卵发育成多细胞体。

这些不同生物之间的进化关系——特别是，每个谱系从动物生命之树的主干分支出来的顺序——一直存在争议。

随着DNA测序技术的兴起，生物学家能够比较动物共有的基因序列，从而构建一个家谱，说明自最早的动物出现在前寒武纪以来，动物及其基因是如何随着时间的推移而进化的。

Rokhsar说，但是这些基于基因序列的系统发育方法未能解决关于海绵还是栉水母是动物树中最早的分支的争议，部分原因是它们的分化非常古老。

“复杂的基于序列的研究结果基本上是分裂的，”他说。“一些研究人员做了精心设计的分析，发现海绵首先分叉。其他人做了同样复杂和合理的研究，得到了栉水母。目前还没有一个明确的答案。”

光看它们，海绵似乎很原始。在它们自由游动的幼虫阶段之后，它们定居下来，通常呆在一个地方，轻轻地把水扫过它们的毛孔，捕捉溶解在海水中的小食物颗粒。它们没有神经或肌肉，尽管它们坚硬的部分在洗澡时是很好的洗涤器。

“传统上，海绵被广泛认为是动物树中最早存活的分支，因为海绵没有神经系统，没有肌肉，它们看起来有点像一些单细胞原生动物的殖民地版本，”Rokhsar说。“所以，这是一个很好的故事:首先是单细胞原生动物，然后是海绵状的多细胞联合体，这些细胞进化成今天所有动物多样性的祖先。在这种情况下，海绵谱系保留了动物祖先的许多特征，这些特征导致了所有其他动物，包括我们。特殊化的进化导致了神经元、神经、肌肉和内脏以及所有我们所熟悉和喜爱的东西，这些都是其他动物生命的定义特征。海绵似乎是原始的，因为它们没有这些特征。”

另一个最早的动物谱系的候选物种是栉水母，这是许多水族馆中很受欢迎的动物。虽然它们表面上看起来像水母——它们通常有钟状的形状，尽管与水母不同，它们有两个裂片，通常还有触手——但它们只是远亲。当水母在水中喷射时，栉水母用像梳子一样排列在身体两侧的八排跳动的纤毛来推动自己。在加利福尼亚海岸，一种常见的栉水母是直径1英寸的海鹅莓。

染色体拯救人类

为了了解海绵或栉水母是否是最早的动物分支，这项新研究依赖于一个不太可能的特征:基因组织成染色体。每个物种都有一个特有的染色体数目——人类有23对——以及染色体上基因的特征分布。

Rokhsar, Simakov和合作者先前已经证明，海绵，水母和许多其他无脊椎动物的染色体携带相似的基因组，尽管它们独立进化了超过5亿年。这一发现表明，许多动物的染色体进化缓慢，并允许该团队计算重建这些不同动物共同祖先的染色体。

但是栉水母的染色体结构直到2021年才为人所知，当时还是加州大学圣克鲁斯分校研究生的舒尔茨和他的共同顾问，加州大学圣克鲁兹分校的理查德·格林和加州大学圣克鲁兹分校的史蒂文·阿道克确定了栉水母的染色体结构Hormiphora californiensis。Rokhsar说，它看起来与其他动物的非常不同，这构成了一个谜。

Rokhsar解释说:“起初，我们无法判断栉水母的染色体是否与其他动物的染色体不同，因为它们在数亿年的时间里发生了很大的变化。”“或者，它们可能是不同的，因为它们在所有其他动物谱系出现之前先分支出来。我们需要弄清楚。”

研究人员联合起来对另一种栉水母和海绵，以及三种不属于动物谱系的单细胞生物的基因组进行了测序:一种鞭毛虫，一种丝状阿米巴原虫和一种叫做鱼孢子虫的鱼类寄生虫。这些非动物的粗略基因组序列已经存在，但它们不包含染色体尺度基因连锁所需的关键信息:它们在染色体上的位置。

确凿的证据

值得注意的是，当研究小组比较这些不同动物和非动物的染色体时，他们发现栉水母和非动物的染色体有特定的基因-染色体组合，而海绵和其他动物的染色体则以一种明显不同的方式重新排列。

“这就是确凿的证据——我们发现了海绵和非栉水母动物共有的一些重排。相比之下，栉水母与非动物相似。最简单的解释是栉水母在重排发生之前就分叉了。”

舒尔茨说:“这一古老进化事件的指纹在几亿年后仍然存在于动物的基因组中。”“这项研究……为我们理解动物为何成为动物提供了背景。这项工作将帮助我们了解人类共有的基本功能，比如它们如何感知周围环境，如何进食以及如何移动。”

Rokhsar强调，研究小组的结论是基于五组基因-染色体组合得出的。

“我们发现了一个非常古老的染色体信号的遗迹，”他说。“我们花了一些统计侦探工作来说服自己，这确实是一个明确的信号，而不仅仅是随机的噪音，因为我们处理的是相对较小的基因群体，动物和非动物之间可能有10亿年的差异。”但信号是存在的，并且有力地支持了“栉水母先分支”的假设。另一种海绵优先假设可能成立的唯一方式是，海绵和非栉水母动物都发生了多次收敛性重排，这是非常不可能的。”

加州大学伯克利分校的杰森·布莱德森也参与了这项工作。

本研究的资金由David and Lucile Packard Foundation, MBARI，国家科学基金会(GRFP DGE 1339067和DEB-1542679)，欧洲研究理事会的地平线2020:欧盟研究与创新计划(批准号945026)，冲绳科学技术研究所分子遗传学部门的内部资金，Chan Zuckerberg生物中心网络和Marthella Foskett Brown生物科学主席提供。一个多世纪以来，生物学家一直想知道，5亿多年前，最早的动物在古代海洋中首次出现时是什么样子。

在当今看起来最原始的动物中寻找动物生命树的最早分支，科学家们逐渐将可能性缩小到两类:海绵，它们整个成年期都在一个地方度过，从海水中过滤食物;还有栉水母，这是一种贪婪的捕食者，它们在世界各地的海洋中划着桨寻找食物。

在本周发表在该杂志上的一项新研究中自然，研究人员使用一种基于染色体结构的新方法得出了一个明确的答案:栉水母，或栉水母(teen' a-fores)，是第一个从动物树分支出来的谱系。接下来是海绵，然后是所有其他动物的多样化，包括人类的谱系。

尽管研究人员确定栉水母谱系在海绵动物之前就已经分化了，但这两类动物都是从它们共同的祖先进化而来的。然而，进化生物学家认为，这些群体仍然与最早的动物有共同的特征，研究动物生命之树的这些早期分支可以揭示动物是如何产生并进化到我们今天所看到的物种多样性的。

“所有动物最近的共同祖先可能生活在6亿或7亿年前。很难知道它们是什么样子的，因为它们是软体动物，没有留下直接的化石记录。但我们可以通过对现存动物的比较来了解我们共同的祖先，”加州大学伯克利分校分子和细胞生物学教授丹尼尔·罗克萨说，他与维也纳大学的达林·舒尔茨和奥列格·西马科夫共同发表了这篇论文。爱博网投领导者“这是令人兴奋的——我们正在回顾过去，我们没有希望得到化石，但通过比较基因组，我们正在了解这些非常早期的祖先。”

研究人员说，了解动物谱系之间的关系将有助于科学家了解动物生物学的关键特征，如神经系统、肌肉和消化道，是如何随着时间的推移而进化的。爱博网投领导者

舒尔茨说:“我们开发了一种新的方法，可以最深入地了解动物生命的起源。”舒尔茨是该研究的主要作者，曾是加州大学圣克鲁斯分校(UC Santa Cruz)的研究生，也是蒙特利湾水族馆研究所(MBARI)的研究员，现在是维也纳大学的博士后研究员。“这一发现将为科学界开始更好地理解动物是如何进化的奠定基础。”

什么是动物?

大多数熟悉的动物，包括蠕虫、苍蝇、软体动物、海星和脊椎动物——包括人类——都有一个头部和一个集中的大脑，一个从嘴巴到肛门的肠道，肌肉和其他共同的特征，这些特征在大约5亿年前著名的“寒武纪大爆发”时期就已经进化出来了。这些动物一起被称为双边动物。

其他善意的然而，像水母、海葵、海绵和栉水母这样的动物，它们的身体结构更简单。这些生物缺乏许多两侧动物的特征——例如，它们没有明确的大脑，甚至可能没有神经系统或肌肉——但它们仍然具有动物生命的特征，特别是从受精卵发育成多细胞体。

这些不同生物之间的进化关系——特别是，每个谱系从动物生命之树的主干分支出来的顺序——一直存在争议。

随着DNA测序技术的兴起，生物学家能够比较动物共有的基因序列，从而构建一个家谱，说明自最早的动物出现在前寒武纪以来，动物及其基因是如何随着时间的推移而进化的。

Rokhsar说，但是这些基于基因序列的系统发育方法未能解决关于海绵还是栉水母是动物树中最早的分支的争议，部分原因是它们的分化非常古老。

“复杂的基于序列的研究结果基本上是分裂的，”他说。“一些研究人员做了精心设计的分析，发现海绵首先分叉。其他人做了同样复杂和合理的研究，得到了栉水母。目前还没有一个明确的答案。”

光看它们，海绵似乎很原始。在它们自由游动的幼虫阶段之后，它们定居下来，通常呆在一个地方，轻轻地把水扫过它们的毛孔，捕捉溶解在海水中的小食物颗粒。它们没有神经或肌肉，尽管它们坚硬的部分在洗澡时是很好的洗涤器。

“传统上，海绵被广泛认为是动物树中最早存活的分支，因为海绵没有神经系统，没有肌肉，它们看起来有点像一些单细胞原生动物的殖民地版本，”Rokhsar说。“所以，这是一个很好的故事:首先是单细胞原生动物，然后是海绵状的多细胞联合体，这些细胞进化成今天所有动物多样性的祖先。在这种情况下，海绵谱系保留了动物祖先的许多特征，这些特征导致了所有其他动物，包括我们。特殊化的进化导致了神经元、神经、肌肉和内脏以及所有我们所熟悉和喜爱的东西，这些都是其他动物生命的定义特征。海绵似乎是原始的，因为它们没有这些特征。”

另一个最早的动物谱系的候选物种是栉水母，这是许多水族馆中很受欢迎的动物。虽然它们表面上看起来像水母——它们通常有钟状的形状，尽管与水母不同，它们有两个裂片，通常还有触手——但它们只是远亲。当水母在水中喷射时，栉水母用像梳子一样排列在身体两侧的八排跳动的纤毛来推动自己。在加利福尼亚海岸，一种常见的栉水母是直径1英寸的海鹅莓。

染色体拯救人类

为了了解海绵或栉水母是否是最早的动物分支，这项新研究依赖于一个不太可能的特征:基因组织成染色体。每个物种都有一个特有的染色体数目——人类有23对——以及染色体上基因的特征分布。

Rokhsar, Simakov和合作者先前已经证明，海绵，水母和许多其他无脊椎动物的染色体携带相似的基因组，尽管它们独立进化了超过5亿年。这一发现表明，许多动物的染色体进化缓慢，并允许该团队计算重建这些不同动物共同祖先的染色体。

但是栉水母的染色体结构直到2021年才为人所知，当时还是加州大学圣克鲁斯分校研究生的舒尔茨和他的共同顾问，加州大学圣克鲁兹分校的理查德·格林和加州大学圣克鲁兹分校的史蒂文·阿道克确定了栉水母的染色体结构Hormiphora californiensis。Rokhsar说，它看起来与其他动物的非常不同，这构成了一个谜。

Rokhsar解释说:“起初，我们无法判断栉水母的染色体是否与其他动物的染色体不同，因为它们在数亿年的时间里发生了很大的变化。”“或者，它们可能是不同的，因为它们在所有其他动物谱系出现之前先分支出来。我们需要弄清楚。”

研究人员联合起来对另一种栉水母和海绵，以及三种不属于动物谱系的单细胞生物的基因组进行了测序:一种鞭毛虫，一种丝状阿米巴原虫和一种叫做鱼孢子虫的鱼类寄生虫。这些非动物的粗略基因组序列已经存在，但它们不包含染色体尺度基因连锁所需的关键信息:它们在染色体上的位置。

确凿的证据

值得注意的是，当研究小组比较这些不同动物和非动物的染色体时，他们发现栉水母和非动物的染色体有特定的基因-染色体组合，而海绵和其他动物的染色体则以一种明显不同的方式重新排列。

“这就是确凿的证据——我们发现了海绵和非栉水母动物共有的一些重排。相比之下，栉水母与非动物相似。最简单的解释是栉水母在重排发生之前就分叉了。”

舒尔茨说:“这一古老进化事件的指纹在几亿年后仍然存在于动物的基因组中。”“这项研究……为我们理解动物为何成为动物提供了背景。这项工作将帮助我们了解人类共有的基本功能，比如它们如何感知周围环境，如何进食以及如何移动。”

Rokhsar强调，研究小组的结论是基于五组基因-染色体组合得出的。

“我们发现了一个非常古老的染色体信号的遗迹，”他说。“我们花了一些统计侦探工作来说服自己，这确实是一个明确的信号，而不仅仅是随机的噪音，因为我们处理的是相对较小的基因群体，动物和非动物之间可能有10亿年的差异。”但信号是存在的，并且有力地支持了“栉水母先分支”的假设。另一种海绵优先假设可能成立的唯一方式是，海绵和非栉水母动物都发生了多次收敛性重排，这是非常不可能的。”

加州大学伯克利分校的杰森·布莱德森也参与了这项工作。

本研究的资金由David and Lucile Packard Foundation, MBARI，国家科学基金会(GRFP DGE 1339067和DEB-1542679)，欧洲研究理事会的地平线2020:欧盟研究与创新计划(批准号945026)，冲绳科学技术研究所分子遗传学部门的内部资金，Chan Zuckerberg生物中心网络和Marthella Foskett Brown生物科学主席提供。