緩步動物基因揭示了他們瘋狂生存技能的奇怪歷史

緩步動物因其極強的耐久性而與動物王國的大部分動物區(qū)分開來，這以幫助這些微小的生物在煮沸后幸存下來而聞名，冷凍,輻照和用槍開火，以及其他侮辱。

為了更好地了解這些超能力，科學(xué)家們已經(jīng)確定了許多可能有助于緩步動物生存技能的單個基因。然而，不太清楚的是更大的圖景：所有這些驚人的改編在哪里、如何以及為什么演變？

在一項新的研究中，研究人員對這段令人驚訝的復(fù)雜歷史有了更多的了解，這表明古代緩步動物兩次從海洋環(huán)境過渡到陸地環(huán)境，隨后在陸地上“進(jìn)行了多次獨立的適應(yīng)以應(yīng)對干旱”。

今天，緩步動物遍布全球，在海洋和陸地的廣泛環(huán)境中茁壯成長，從深海泥漿和南極巖石到山脈、熱帶雨林和花園。

緩步動物也被稱為“水熊蟲”和“苔蘚仔豬”，已成為科學(xué)界已知的最具彈性的動物之一，甚至表現(xiàn)出在空間真空.

它們許多生存壯舉的關(guān)鍵是無水生物，這是一種休眠狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，緩步動物可以可逆地停止新陳代謝，幫助它們承受幾乎完全的干燥。

以前的研究已經(jīng)鑒定出緩步動物特有的多個基因家族，并顯示出與缺水導(dǎo)致的極端代謝停滯有關(guān)，稱為無水生物，包括幾個與熱溶性蛋白質(zhì)相關(guān)的基因，以及一些也存在于其他動物中的抗應(yīng)激基因。

然而，盡管有這些見解，但根據(jù)新研究的作者的說法，迄今為止，大多數(shù)緩步動物譜系的研究幾乎沒有產(chǎn)生任何數(shù)據(jù)，這在我們對緩步動物進(jìn)化和生態(tài)學(xué)的知識中留下了重大空白。

為了解決這個問題，作者確定了來自13個緩步動物屬的六個基因家族的序列，包括兩個主要類別的成員 - 真緩步動物和異遲步動物 - 讓研究人員為這些緩步動物群體建立了第一個進(jìn)化樹。

由于無水生物可能對陸生緩步動物比對它們的海洋親戚更有用，研究人員希望發(fā)現(xiàn)這些家族的基因復(fù)制與緩步動物棲息地變化之間的聯(lián)系。

“當(dāng)我們開始這項工作時，我們期望發(fā)現(xiàn)每個分支都會清楚地圍繞古代重復(fù)進(jìn)行分組，幾乎沒有獨立的損失。慶應(yīng)義塾大學(xué)生物科學(xué)家詹姆斯·弗萊明告訴印第安納大學(xué)生物學(xué)家凱西·麥格拉思（Casey McGrath）在對這篇論文的評論中.“這將幫助我們輕松地將它們與對現(xiàn)代棲息地和生態(tài)的理解聯(lián)系起來。

“這是一個直覺的假設(shè)，”弗萊明增加，“從理論上講，這些與干燥相關(guān)的基因重復(fù)的進(jìn)化應(yīng)該包含這些生物的生態(tài)歷史的殘余，盡管實際上，這被證明過于簡單化了。

弗萊明和他的同事們說，他們對在這些基因家族中發(fā)現(xiàn)的許多獨立重復(fù)感到驚訝，這表明與無水生物相關(guān)的基因的進(jìn)化比以前認(rèn)為的要復(fù)雜得多。

“我們發(fā)現(xiàn)的更令人興奮：一個獨立的收益和損失的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，不一定與現(xiàn)代陸地物種生態(tài)相關(guān)，”弗萊明說.

基于基因家族在兩個主要緩步動物類別中的分布，研究人員認(rèn)為，在緩步動物的歷史上，從海洋棲息地到陸地棲息地有兩個獨立的轉(zhuǎn)變，一次是真緩步動物的祖先，一次是異速步動物。

研究人員說，雖然這項研究有助于提高我們對緩步動物無水生物歷史的了解，但我們?nèi)匀挥泻芏嗖涣私獾牡胤?。他們補充說，缺乏清晰度的部分原因是來自一些關(guān)鍵緩步動物譜系的數(shù)據(jù)很少或不存在。

“不幸的是，我們沒有來自幾個重要家族的代表，例如Isohypsibiidae （Isohypsibiidae），這確實限制了我們堅持結(jié)論的堅定程度，“弗萊明說.“有了更多的淡水和海洋緩步動物樣本，我們將能夠更好地欣賞該群體陸地成員的適應(yīng)能力。

然而，這說起來容易做起來難，特別是考慮到追蹤緩步動物類型的困難。Tanarctus bubulubus例如，它太小了，沒有放大鏡就看不到，只生活在北大西洋深處的泥濘中。

“希望通過地球生物基因組計劃進(jìn)行的大規(guī)模測序計劃將穩(wěn)步彌合我們理解中的這一差距，我很高興看到這一努力繼續(xù)下去，”弗萊明說說.

該研究發(fā)表在基因組生物學(xué)與進(jìn)化.

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