基因測序技術出現後是不是老的生物分類有很多都被推翻了?

蠍子和蟎蟲也是蛛形綱,只因為頭部有螯肢,這會不會太……

在遺傳學上真的有關係嗎?


確實有很多都被推翻了。

很多進化關鍵點對應的物種被推翻了,比如說誰是最早出現的多細胞動物? 從形態學上,人們一直認為海綿動物(無中胚層,不對稱,無組織分化)是最早出現的多細胞動物。但測序結果卻證實,櫛水母(和水母在形態上非常類似,發達的中膠層,輻射對稱,有神經系統及肌肉系統的分化)才是最古老的多細胞生物,參見有哪些生物外形相似,但實際上分別屬於不同門或不同界生物? - 雪山象的回答。

同樣的情況也發生在脊索動物上。脊索動物分為三類,分別是頭索動物,尾索動物和脊椎動物。代表性的尾索動物是海鞘,其成年個體非常簡單,活像一隻海葵,因此被分類到非常低級的位置。後來沙俄科學家Kowalevsky詳細研究了海鞘,發現海鞘的幼蟲非常複雜,而且尾部還長著脊索。於是就把這種生物歸類為尾索動物。這種動物在幼蟲到成蟲的發育過程中丟掉了很多複雜特徵,這種發育方式被稱為逆變態。當然,後面又發現了很多不會進行逆變態,終身保留尾部脊索及其他複雜特徵的生物,都統一歸為尾索動物。Kowalevsky還研究了其他動物的發育,發現了文昌魚類生物擁有很多脊椎動物和尾索動物才有的特徵,比如中空神經管、從頭到尾的一整條脊索等。Kowalevsky把文昌魚及近親成為頭索動物;又把尾索動物、頭索動物和脊椎動物統一歸於脊索動物門。由於脊椎動物在胚胎階段的脊索都是從頭到尾的一整條脊索,和頭索動物非常類似,因此,人們一直認為頭索動物和脊椎動物關係較近。但通過對海鞘及文昌魚的測序,科學家發現,尾索動物才是脊椎動物最近源的物種,而頭索動物的親緣關係反而更遠。

而在哺乳綱中,則帶來了翻天覆地的變化。請看下圖:

這是一隻刺蝟和另一隻刺蝟嗎?以前是,但現在不是了。第一隻刺蝟已經被歸類於非洲獸總目非洲蝟目; 而第二隻則是勞亞獸總目蝟形目。原來,基於DNA分析,哺乳類真獸亞綱被分成四個總目,分別是非洲獸總目、異關節總目、靈長總目和勞亞獸總目。而以前很多形態相近的物種被重新分配到這四個總目中去。除了被重新分割的非洲蝟目和蝟形目,類似的還有象鼩目(非洲獸總目)、樹鼩目(靈長總目)、鼩形目(勞亞獸總目); 管齒目(非洲總目)和異關節總目(以前叫貧齒目);蹄兔目(非洲獸總目)和兔形目(靈長總目);而鯨目則和偶蹄目合併成了鯨偶蹄目,河馬則成了鯨類最近源的物種。雖然河馬實在也不是謙虛,一個陸生偶蹄類怎麼就成了一群海洋動物的近親了呢?但科學家已經研究決定了,所以後來河馬就念了兩首詩,叫「天下萬水皆同源,紅花綠葉是一家」。所以說,一個物種的分類位置啊,不僅要考慮形態的相近,但是也要考慮到DNA序列的一致性。

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目前哺乳綱真獸分為兩支,一隻包含非洲總目和異關節總目,被稱為大西洋獸類; 另一支包含勞亞獸總目及靈長總目,被稱為北方獸類。

非洲總目:非洲蝟目(馬達加斯加刺蝟等)、象鼩目、管齒目(非洲食蟻獸)、蹄兔目、長鼻目(大象)、海牛目(海牛,儒艮等)。

異關節總目:有甲目(犰狳)、披毛目(食蟻獸、樹懶)。

勞亞獸總目: 蝟形目(刺蝟等)、鼩形目(鼩鼱等)、翼手目(蝙蝠等)、鱗甲目(穿山甲等)、食肉目(鰭足目被併入,貓狗海豹等)、奇蹄目(馬,犀牛等)、鯨偶蹄目(鯨類和偶蹄動物)。

靈長總目: 樹鼩目、皮翼目、靈長目、兔形目、嚙齒目。其中兔形目和嚙齒目關係較近,被統一稱為嚙齒類; 而樹鼩目、皮翼目(鼯猴)、靈長目關係較近,被統一稱為靈長類。樹鼩被認為是最早的靈長類。相對於小白鼠,樹鼩與人的關係更近,因此很多科學家正在研究樹鼩作為實驗動物模型的可能性。


半吊子生態學生試答。

這個問題的回答毫無疑問是肯定的。不過我有兩點補充:一,嚴格來說DNA測序並不是顛覆一直以來生物分類的價值觀,而是為系統發生的分類學的視角提供了一個無比強大的工具,解決了以前分類學懸而未決的許多問題;二,它帶來的發現不只是推翻了以前的生物分類而已,它還推動了進化和生態學科對自然選擇中環境因素的巨大力量的重新認識與思考。

首先放上一個和其他回答相比也很典型的例子,其他回答也都能說明DNA測序解決問題的能力之強。

根據傳統形態學的分類,蛇與蜥蜴分屬蜥形綱有鱗目(Squamata)的兩個亞目:蜥蜴亞目 (Lacertilia) 和蛇亞目(Serpentes)。根據林奈的分類法,兩者形態學上最初和最標誌性的區別當然是四肢的退化啦。

但是隨著對新物種的不斷發現與描述,問題隨之而來:除了蛇之外,另外有許多種分別獨立四肢退化的蜥蜴,它們或多或少的不符合蛇的其他形態學特徵,如有無耳孔、有無眼瞼、有無鱗片、有無分叉的舌信、不一樣的頭骨輪廓、以及顯著靠前的下肢退化點(盆骨帶)等等。再加上有鱗目的另一個亞目蚓蜥亞目(Amphisbaenia) 也是一種退化了四肢的類蜥蜴動物;其他蜥蜴各科之間的解剖學特點也分布地較為混雜。這使得基於形態學的分類的解釋力十分有限。

閃鱗蛇(Loxocemus bicolor

蚓蜥(Amphisbaena alba

蛇蜥(Ophisaurus

盲蜥(Dibamus )

總之因為在世界各地生態位的相似,不同分支的有鱗類的趨同演化的趨勢相當強。這個時候就輪到DNA測序解決問題了。發佈於2006年的一篇論文指出,根據DNA測序,更科學的分類方式是根據有鱗類唾液中的特殊蛋白質分子(蛇毒)來進行分類。

其實很多蜥蜴也有分泌蛇毒。最著名的莫過於世界上體形最大的蜥蜴——科莫多龍(Varanus komodoensis)。

科莫多龍獵食時,會把咬過的獵物放走,然後跟蹤它們。獵物受到科莫多龍的唾液中的毒素感染,血液無法凝固,血管擴張,進而肌肉麻痹、意識喪失、休克,迅速失血過多致死。

這篇論文通過DNA比對,將蜥蜴亞目 (Lacertilia) ,蛇亞目(Serpentes)和蚓蜥亞目(Amphisbaenia) 重新整合成兩個分支:有毒分支(vonem clade)和無毒分支(non-vonem clade)。蛇和其他的有毒類蜥蜴屬於前者,而另絕大多數四肢退化的蜥蜴屬於後者。另外根據毒液蛋白質分子基因的演化關係,這篇論文提供了進一步理清vonem clade中多數科屬的親緣關係的思路(其實文章已經將主要的關係整理清楚了)。

此圖credit to 同一篇論文

至於其他的形態學相似之處,則是在相似的環境的自然選擇壓力之下所產生的趨同演化。

這就涉及到了我在回答開頭提到的第二點:DNA測序推動了進化生態學科對自然選擇中環境因素的重新認識與思考。

在DNA測序之前,我們並不清楚這樣具體的物種之間的系統發生學關係,許多相似的性狀被自然理解成物種進化時親緣關係的承襲。但DNA測序已經用無數例子向我們說明,其實高度相似的性狀是可以通過獨立演化得到的。諸如 @雪山象回答中提到的水母和櫛水母、非洲蝟目和蝟形目分屬不同總目卻長得基本一樣的刺蝟、 @Pepling Yel回答中提到的鬣狗與狗——其實曾經還有一種很象狗的動物叫做塔斯馬尼亞虎(Tasmanian tiger),但是它連真哺乳動物亞綱(Eutheria)都不屬於,而是一種有袋類動物(和袋鼠、負鼠親緣關係很近)。

Tasmanian tiger(滅絕於1936年)和澳洲野狗的對比,有沒有很像

還有其他許多的例子可舉,不過就不展開了。

DNA測序可以真正解讀出十分相似的形態背後不同的演化機制,從而讓「趨同演化」從一個談論個例的孤立現象上升成為自然演進中最廣泛存在的現象之一。而在認識到趨同演化的普遍性之前,人們難以真正認識到環境因素和對物種基因定向選擇的效力到底有強烈。相似的自然選擇壓力會很容易地使處在相似環境和生態位的物種出現趨同演化;而對比來看,在人們的認識上生物基因的可塑性進一步提高了。

由此,研究生物與周圍環境互動關係的生態學和研究生物在地質歷史時間裡演進的生物進化學的研究視角才正確地得到了整合。繼而,我們對於作為整體的生命的可能性與多樣性的認識也邁步向前——未嘗不能算是自然美學的一種審美意識的進步。

感謝閱讀。

註:文中所引用的論文

Fry, B.G. et al. (2006) Early evolution of the venom system in lizards and snakes. Nature 439: 584-588.

圖片來自網路


基因測序出現後最顛覆的改變應該是烏龜分類地位的變化。

一直以來爬行綱從系統發生與進化可分為四個亞綱:雙孔亞綱、無孔亞綱、單孔亞綱、調孔亞綱。

這個分類的形態學依據是頭骨顳顬孔的數量與位置。

雙孔亞綱(Diapsida)是爬行類的主幹,包括蜥蜴、蛇、鱷魚等現存爬行動物,也包括已滅絕的恐龍、翼龍等史前爬行動物,以及恐龍進化而來的鳥類。

調孔亞綱(Euryapsida)是一些已經滅絕的海爬。

單孔亞綱(Synapsida)進化成了哺乳類。

無孔亞綱(Anapsida)則是最原始的爬行動物,是後來所有陸生脊椎動物的祖先,而龜鱉目就是無孔亞綱唯一的孑遺。

(圖片摘自一本早期教科書,龜鱉類當時被毫無疑義的算作四大亞綱中無孔亞綱的直系後代)

一直以來龜鱉目都被放在最邊緣的位置,烏龜慢悠悠的形象確實很符合人們對最古老爬行類活化石的印象。

後來也有科學家提出過異議,認為龜鱉類其實也是雙孔亞綱,只是在演化過程中退化了顳孔,他們認為龜鱉目應該屬於雙孔亞綱兩個分支之一的鱗龍次亞綱 (Lepidosauria),和蜥蜴、蛇等有較近的親緣關係。但這個觀點很長時間以來並沒有被主流學術界接受。

隨著基因測序技術的發展,龜的基因測序也被提上日程。當龜鱉類的基因測序結果終於出來之後,所有人都大跌眼鏡,原來大家都猜錯了。龜鱉不是無孔亞綱,但也不是雙孔亞綱的鱗龍次亞綱 (Lepidosauria),而是雙孔亞綱中最進步的分支——初龍次亞綱 (Archosauria) ,和鳥類的親緣關係比和蜥蜴的都近!

圖為2013年綠海龜與中華鱉測序結果的進化分析,對比的主要物種和地質年代我翻譯成了中文。

可以看出在二疊紀中期時初龍類與鱗龍類分化,這一時期蜥蜴等現代有鱗目已經分離了,而龜、恐龍、鱷魚、鳥類還都屬於同一個共同祖先。直到二疊紀晚期,龜才和鳥類等其它初龍類分道揚鑣。

摘自另一篇論文的進化樹,Mya代表百萬年,時間精確到約2億3千萬年前龜鱉的祖先同其他初龍分化,約2億2千萬年前,鱷魚和鳥類的祖先分化。

這個基因測序獲得的分子分類學結果如此顛覆,一度使得許多傳統觀點的人難以接受,甚至質疑分子分類學的可信性。直到2015年,龜類早期進化史上一直缺失的關鍵一環在德國費爾貝格被發現,化石結果表明為龜鱉類的祖先確實是初龍,新化石被命名為祖龜(Pappochelys),化石記錄的實證與基因分類的結果完全吻合,龜鱉目分類的疑案終於塵埃落定。

(圖為祖龜化石與祖龜復原圖)基因測序成功推測出了龜鱉目的進化地位,彌補了傳統分類中形態學解剖學的局限性,而化石發現最終也完美印證了這一點。

不過,烏龜的初龍祖先究竟為什麼會返璞歸真,退化的好像無孔類一樣,而不像其他同宗兄弟法索拉鱷、撕蛙鱷、恐龍那樣去激流勇進競爭一代霸主呢,這可能真的難以找到答案了。不過興許也正因為此,在絕大多數初龍都已經湮沒在了漫長的地質歷史之後,烏龜還能悠哉悠哉的生活,存在到今天吧。

參考文獻:

The draft genomes of soft-shell turtle and green sea turtle yield insights into the development and evolution of the turtle-specific body plan. Wang Z, et al. Nat Genet 2013 Jun

Three crocodilian genomes reveal ancestral patterns of evolution among archosaurs.


測序有風險,分類須謹慎。不管怎麼說吧,如果毫無形態學和古生物學證據的支撐,那麼看起來特別奇葩的分子學結果只能說明:分錯了……但是如果結果對上了呢?那當然是非常激動人心啦!

兩個很經典的例子吧【故事的模式都是一樣的:①」看著像這個,但又有點兒不像「→②」測出來果然不一樣啊!但是未免也太不著邊了吧!「→③」終於測出來對的啦,果然,跟①和②說好的都不一樣呢……「】

1。「黏體動物」【它究竟是什麼呢?①原生動物(「孢子蟲」Apicomplexa,現在叫「頂復門」,eg.被青蒿素治得很慘的瘧原蟲和讓寵物貓背了黑鍋的弓形蟲,不再放在動物界中,跟其他各種「奇怪的東西」劃在一起組成「囊泡蟲總門」Alveolata) or ②兩側動物(eg.渦蟲貓咪及其奴隸) or ③刺胞動物(eg.水母)???以下維基之:https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%BB%8F%E9%AB%94%E5%8B%95%E7%89%A9】

黏體動物最初被認為是一類原生動物,並被分類在孢子蟲綱中。由於它們在18S核糖體DNA測序中有獨特的特性,故它們被重置到後生動物。不過後來卻發現了一些矛盾的證據而影響了其分類:雖然18S核糖體顯示它們接近刺胞動物門,但其他的搜集到的核糖體DNAHox基因卻指向與兩側對稱動物相似。後來發現長2毫米的Buddenbrockia plumatellae原來也是黏體動物,加強了兩側對稱動物分類的說法,因為這種動物的身體構造表面上接近。無論如何,仔細的檢測發現Buddenbrockia並非在縱面上兩側對稱,而是四側對稱的,故對此說法仍存有懷疑。進一步的研究搜集了Cristatella mucedo【一種外肛動物(苔蘚動物),總之跟白斑狗魚一樣是兩側對稱動物】的前三個Hox基因及白斑狗魚的第四Hox基因,並解釋了黏體動物分類的矛盾。原來最初的實驗是採用了受寄主污染的組織,導致了兩側對稱動物的誤測。後來小心複製了Buddenbrockia的50個編碼基因,顯示它們是非常進化的刺胞動物門成員,而「水母亞門」(Medusozoa)是其最近親。【雖然人們早就發現黏體動物的極囊與刺胞動物門的刺細胞有相似的地方,但卻一直被當成是趨同演化的成果。[注意:這句話中文版維基譯錯了……原文去看英文版]】分類學家現已確認放射孢子小群其實只是粘孢子蟲的其中一個生長階段。

圖:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/Fdl17-9-grey.jpg

【維基,侵刪】腦粘體蟲Myxobolus cerebralis(三角孢子蟲期)【聽說右上角那個就是極囊

2。「異渦蟲」【①扁形動物門(eg.渦蟲) or②軟體動物門(eg.海兔、扇貝、章魚) or③後口動物(eg.海參、貓咪及其奴隸) or④比這更奇葩???維基之:Xenoturbella,另外參見有點舊了的中文版】

最開始以為它是一種生物學家們喜聞樂見的新奇的渦蟲啦,而且像個粉襪子一樣。。。

cnn.co.jp 的頁面【侵刪】比如這貨↓

然後大家覺得不太對呀,就測了一下,然後,發現它居然是軟體動物門的!結構對不上啊!!!

再研究研究……發現果然,測序樣品里混進了奇怪的東西,因為它是吃軟體動物的卵的……去掉污染再測,結果奇葩了,它就是它,誰也不是。於是妥妥單列一個門:異渦動物Xenoturbellida

那麼問題來了,這個門跟誰比較近呢?答案竟是後口動物!比如:海參,海鞘,文昌魚,武昌魚,貓咪等……

事情到這裡就已經很戲劇化了,但是……

2016年!新論文說,測序的結果是這個樣子的:1.它跟另一類非常奇葩、以前也曾被當成一類渦蟲的小東西:無腔動物門Acoelomorpha聚在一起,比如這個↓【https://en.wikipedia.org/wiki/Symsagittifera_roscoffensis,侵刪】Symsagittifera roscoffensis

聚在一起(叫Xenacoelomorpha「異無腔動物」)之後,它們或者是「原口動物」的姊妹群,或者是「原口動物+後口動物」的姊妹群。哎!跟說好的又不一樣了!如果真的是原口動物的姊妹群的話還比較好理解,如果真的是「原口動物+後口動物」的姊妹群的話那是什麼意思?兩側對稱動物就會變成三分天下了:原口+後口+異無腔。不過變來變去的也好幾次了,相信這個結果還是會變的,不負責任地猜測一下,應該是深深插進原口裡的一個較早分出的枝吧……PS:聽說還得解釋一下「原口vs後口」?段乎體之:

1.自古,兩側對稱動物(就是現存的除了海綿寶寶及其水母(刺胞動物),和櫛水母這三大門以及絲盤蟲這個小奇葩之外【「中生動物」有爭議,我們按下不表】之外的所有真正的動物)分成了兩大派系

2.一派,把蟹老闆當嘴的那個眼兒當asshole...

3.另一派,把派大星拿來當asshole的那個眼當嘴...

4.我們跟派大星是一夥兒的,

5.因此,我們指著小龍蝦說:「你們是蟲子...」;然後,小龍蝦派出了三體人……海綿寶寶及其水母免於這場無謂的紛爭。

= = = = = = = = = = = = 分割線= = = = = = = = = = = =

我最不想補充的一個答案:
也許出了個大事,現在不想多打字,各位請順鏈接去看吧。。。

可能是最近一次「滅門」(撤銷整個生物「門」的建制)吧,基因研究推翻了大概在此一年之前的轟動世界的形態學研究。

如果你是個生物學愛好者,那麼這件事你大概會知道:Dendrogramma(「樹狀動物」)被發現,並且研究稱可能是「埃迪卡拉生物群」的最後孑遺,真是嚇死個人啊!!!

請看果殼網的報道:樹狀動物:揭示多細胞動物起源的新物種

wikimedia的圖,侵刪:)

當時知道這個消息,我那個激動!!!!!但當時我也留了個疑問,這些標本無法進行DNA測序(簡單地說,因為泡得太久壞掉了),所以這麼驚天動地的推測全靠形態學研究。因此心裡隱隱留下了一絲擔心。從那以後,我就常常想起這種神奇的「拉撒路物種」,心想著什麼時候新鮮的標本能被再次撈到,被測序研究,解開這個謎團。

時間就這樣過去了。直到昨天,我又想起了這回事,然後,世界又變了,再次徹底變了:

一句話:真的又撈到了
「樹狀動物」,(圖見下,來源鏈接同下「外媒報道」,侵刪)

真的測序了,結果真的不是新的門,真的不是埃迪卡拉生物群的孑遺分子,而是一種——管水母——的「苞片」!!!

外媒報道:

Origin of mystery deep-sea mushroom revealed

下面這個鏈接可以下論文哦,自己看吧。。。

https://www.researchgate.net/publication/303820990_Dendrogramma_is_a_siphonophore

這麼大的事,國內沒有再報道。。。這就好比說:

地球上發現「三體人」了!!!全球媒體爭相報道,各種嗨皮的評論都有~~~

最後證實:不是「三體人」,而是一種新的人類疾病案例。結果沒人報道……

然後地球上的人類還停留在以為發現了「外星人」的認知與心態之中。。。

我完全理解,這真的不是造謠,而是科研,科研當然可以出錯了,從形態學出發,搞出個大新聞來,也就是手高手低的事,如果做得太保守了一些,就沒有圈外人士會去關注這些冷門的科研了,不是么?

但是跟進最新科研的報道難道不也是科普所必須的嗎?否則就不是科普了,而是
志怪。

我沒有批評果殼網的意思啊,我挺喜歡這個網的,就像挺喜歡知乎似的,我只是說,同志們再加把勁啊!!!這麼大的事,我不信會誰都不知道,為什麼真的沒人寫呢。。。

我真的不是搞生物的,所以請別說「你怎麼不寫呢!」,我之前真的不知道啊!!!


謝邀。

「完善不能算推翻……完善!……科學的事,能算推翻么?」接連便是難懂的話,什麼「低速近似「,什麼「條件成立」之類,引得眾人都鬨笑起來。店內外充滿了快活的空氣。

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在很多地方都看到有人吐槽,生物系統分類不是生物學最古老的分支之一么?搞了幾個世紀了怎麼還沒搞清楚,隔三差五地就出一個新的分類法來替代以前的分類法。」分類分類,怎麼越分越累。「這其實是對系統分類的學科性質不太理解說造成的感覺。

和分子生物學不同,前者所處理的材料和要達成的結果是一直在場的,是對於現象界的研究。發現什麼信號通路,找到什麼靶向位點,都是確鑿無疑的。但系統分類所要做的事情,是要通過手頭在場的材料,歸納總結出已經不在場的進化過程。演化生物學和系統分類學,在很大程度是其實是歷史學研究。除非我們有時間機器,很多生物演化上的關鍵節點,我們可能永遠得不到確鑿的結論。

這也是諸多演化生物學的結論經常受到非議的原因。如果一個人一口咬定任何有關秦始皇的史料都是假的,他不相信有這樣一個人存在過,除非你能夠把秦始皇帶到他面前,那你有什麼辦法能夠說服他相信秦始皇的存在么?所以我對這樣的人從來不會多費口舌。

正如會有新出土的文物或者新發現的史料會顛覆以往的歷史學研究結論一樣,方法學和演化關鍵節點新生物的發現,也會顛覆以往的分類系統。而這一過程,可能會永遠持續下去,因為我們只是在不斷逼近那個已經不在場的真相。我們能做到的,就是利用每個時代所能掌握的最先進的技術和資料,構建出在那個時代能夠達到的最完善的系統。

所以這就是為什麼經典分類會從形態特徵入手了,這是最顯而易見最能夠獲得的能夠進行比較的特徵。人和猴子都是胎生,所以它們的關係,比跟卵生的金魚來得近。豆科植物都是莢果,也只有豆科植物有莢果,那麼這些植物也是顯而易見應該是一類。早至亞里士多德和中國的本草典籍,就已經開始利用形態特徵對生物進行粗略分類了。

但隨著分類的逐漸精細化,很多問題也就逐漸暴露出來了。首先就是選取什麼樣的形態特徵進行分類帶有很強的主觀性。蝙蝠是因為有翅膀跟鳥的關係更近呢?還是因為是胎生而跟人的關係更近呢?形態特徵之所以經常無法反映出真實的演化順序,是因為趨同演化和趨異演化的關係,導致本來親緣關係很遠的物種演化出很相似的形態特徵來,而本來親緣關係很近的物種演化出差別很大的形態特徵。這也是系統分類學和演化生物學息息相關的原因。我們對於生物演化的細節清楚得更多,就更可能得到更正確的分類系統。

有沒有可能兔子是由類人猿的一支忽然魔怔了在短時間內快速演化而來的呢?形態特徵的不穩定性,我們已經在很多匪夷所思的例子中可以看到。但即便類人猿在短時間內變成了兔子,它的基因可是沒那麼好變的。跑得了和尚跑不了廟,如果兔子真是類人猿變來的,我們總能從它的基因中找到蛛絲馬跡。這也就是為什麼當代系統分類大量藉助於基因測序,因為它相比形態特徵,更穩定,更少人為選擇的成分。

分子系統學的另一優點,是轉碼率特別高。傳統形態特徵的轉碼率欠佳,我要是選了好幾個形態特徵來構建分類系統,怎麼規定每個形態特徵的權重?要是不同形態特徵構建的分類系統出現了矛盾,怎麼去評估這一矛盾對整個系統的影響?怎樣去取捨?兩個人通過不同的形態特徵構建出了不同的分類系統,怎麼去評估孰優孰劣?但基因簡直就是天生的代碼本,全部由ATCG組成,簡直太適合引入各種數學工具和統計學手段進行評估了。所以當代系統學研究,每一個進化枝都有相應的支持率,能夠讓我們很方便地評估在這一分析方法中該進化枝的可信度到底有多高。

但分子系統學並非將傳統分類顛覆得一乾二淨了。對於一些由很穩定的性狀建立起的系統,諸如豆科及其三亞科的分類系統,我想無論是用什麼方法,都不會有顛覆性成果。現代引入分子手段之後,很多傳統的分類系統還是很安定的。獲得顛覆性成果的地方,往往也是傳統分類學頗具爭議的地方。比如光是靠子葉數量就建立的單雙子葉二分法,就頗為值得商榷,後來也證明是不正確的。我記得以前搞競賽學分類的時候,就老是抓不住馬鞭草科的特徵來。看來看去,總覺得好像這些特徵唇形科有,那些特徵紫草科也有。到底是什麼特徵,讓它跟唇形科和紫草科不同呢?我就去問教我們分類的川大的老教授,老教授很笑呵呵的說,確實是很難呢。他想了一會兒,趁下課之後又拉住我說:

「你去揉揉葉子試試,我覺得馬鞭草科的植物,都有一股子臭味來著。」

所以後來看到馬鞭草科被分了屍,也是頗感欣慰的。

但基於基因序列分析的分子系統學也並不是萬能的。它也存在無法正確反映演化進程的問題。這主要是由基因水平轉移,多倍化和雜交,以及祖先多態性篩選不全等演化進程所造成的。所以當我們用序列構建出跟傳統分類不同的系統的時候,我們首先做的是檢討所採用的分子標記。一方面用更多的分子標記來佐證,一方面仔細檢查形態特徵找到他們在新系統下的聯繫。

系統分類僅僅是開始,確立新的分類系統之後,為這些生物找到形態特徵上的聯繫,找到為什麼它們形態差距如此之大卻來自於同一共同祖先,它們是怎麼一步一步演化過來的?這才是演化生物學研究的重頭戲。

當代分子系統學,也在往兩個方向發展。一個是大數據:隨著下一代測序的發展,現在越來越容易得到基因組的大數據。以前拼死拼活用一兩個基因構個系統樹出來,現在動輒就用所有葉綠體基因、線粒體基因來構樹,數據量是數百倍的激增。

另一方面,則是引進新的分析方法和對現有分析方法進行優化。從最大簡約法,到最大似然法,再到現在引入貝葉斯分析。而分析手段也越來越精細化。比如在意識到基因密碼子的三個位置的鹼基代換率是不同的之後,採用了對每個位置採用不同模型的分裂分析法。

然而即便是在這樣的條件下,很多系統演化部分仍然得不出讓人滿意的結論來。這尤其是集中在各大分類界元的基部,也是演化的關鍵節點。比如現存陸生植物最早的一支到底是苔類還是蘚類;動物和真菌是在哪一步跟植物分道揚鑣的?或許是我們仍然缺乏關鍵物種來填補演化上的鴻溝,或許真是歷史過於久遠我們難以鉤沉,我們仍然不知道答案。只能寄希望於今後的新物種或者新化石的發現,已經新的分析手段的誕生了。

正如歷史學不會終結,生物系統分類學也不會終結。我們就是自然界的歷史學家。我們記錄物種,為它們作志。我們通過已有的證據,鉤沉還原出出演化歷史上的往事。

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嘛其實答這個題是為了想寫一個完全沒有引用文獻的專業答案。。。


我也想到一個我覺得很有趣的例子呢

鬣狗!

就是這貨 動畫片獅子王里戲份超多的反派

雖然人家中文名里有個「狗」字 但是通過基因測序發現 它跟犬科動物親緣關係其實比較遠

反倒跟喵!星!人!比較接近哦!

放個進化樹的圖

簡直顛覆我的審美觀

圖片來自google以及Agnarsson et al. 2010參考文獻

Agnarsson I, Kuntner M, May-Collado L J. Dogs, cats, and kin: a molecular species-level phylogeny of Carnivora[J]. Molecular phylogenetics and evolution, 2010, 54(3): 726-745.


原文言辭太激烈,重新修改。

提前聲明:本文屬於李雷較真系列,我也比較討厭自己!

看到一句話

絕大多數中國人也許也不知道日本最原始的原住民遠比現代中國人的祖先早上萬年就通過海洋遷徙到東亞(一類編號YAP的原始基因在日本人基因測序里有三分之一而在中國人里低於1%)。

第一直覺就是覺得有問題,因為在分子人類學上,日本還是比較明確的,既然走出非洲理論大家都認可,那麼作為東亞一個孤懸小島上的人難道是飛過去的?還是土地里長出來的?

第一、時間搞錯了。

我恰恰有這篇文章。這個文章論證的是日本人的一部分基因是在來自於一萬年左右進入日本島的繩文人。

而中國人進入東亞時間大概是5萬年前。所以不存在日本比中國還早1萬年的說法!

第二,地理位置錯位

論文其實說的是日本島的問題,雖然日本屬於東亞,但是東亞》日本。所以在這個問題上,還是要慎重的說

第三,關於基因比例的問題

日本人YAP多是絕對不能證明日本人早的,反過來這恰恰說明了兩個問題

日本人群體太小,所以基因始終無法得到稀釋。

而其他地方的群體太過龐大,所以很多突變很快會通過群體擴散最後變得很低了。

事實上在生物學上,一個典型的問題就是建立者效應。

建立者效應(founder effect,亦稱為奠基者效應、建立者效應或創始者效應、始祖效應)是遺傳漂變的一種形式,指由帶有親代群體中部分等位基因的少數個體重新建立新的群體,這個群體後來的數量雖然會增加,但因未與其他生物群體交配繁殖,彼此之間基因的差異性甚小。這種情形一般發生於對外隔絕的海島,或較為封閉的新開闢村落等。也可稱「定殖者效應」。

日本這種海島,恰恰符合這個特點,由於孤懸海外,只有部分人可以從大陸遷徙到日本,於是這少部分人成了日本人的祖先,也就是建立者效應,他們的後代由於種群太少,多樣性也小,於是基因擴散很難。

而相反,對於大陸,由於人群遷徙特別頻繁,還經常跟其他民族交流,所以這些基因頻率淘汰的非常快。

—————文章解讀—————

這篇文章題目是

Y Chromosomal DNA Variation and the Peopling of Japan,發表於1995年,AJHG,這個期刊倒是業內比較知名,屬於專業期刊,是我們做分子人類學的top1(當然你要是更吊的話就發到了nature science了,比如金力教授關於漢族遷徙的就發到了nature)

首先說一下,1995年的時候,人類基因組還沒測呢!畢竟那個時候測序技術太不成熟了,後來大師venter 搞出的新技術才讓我們有了更加方便的測序。

其次,作者測的是一個基因多態性,叫做 Y Alu polymorphic (YAP) element

那麼作者得出了啥結論呢?

首先,作者檢測了沖繩,本州島的靜岡和青森兩個地方,以及台灣這是個地方。然後呢,發現這四個地方里,有42%的日本人有YAP,而台灣人沒有——結論是這個YAP在亞洲人分布是不規則的(否則大家都有了)。

這是取樣的大體位置

其次,他算了下遺傳距離,通過遺傳距離,他計算出,沖繩人和來自於本州(靜岡和青森)的日本人不一樣的!

這是分布圖,括弧里是百分比,我們可以看到

1,台灣人明顯和日本人不一樣,台灣人經常是100,

2,日本內部,沖繩和本州明顯不一樣,比如第一個YAP,沖繩是56%,本州是34%

最終他得出的結論是,現代日本人的基因貢獻來源是多樣的,包含了

1古代繩文人(一萬年前,來自於中國)

2彌生時代(秦漢時期-200~200年)來自於朝鮮半島或者中國大陸的移民

而沖繩人應該應該和彌生時代的人有一定的交集

作者推測,攜帶有YAP的人大概在繩文時代(1萬年左右)進入日本人,而大量的無YAP人大概在2300年前的彌生時代進入了日本。

作者最後說,這些差異可能跟以下因素有關

1,遷徙群體

2,建立者的規模

3,建立者效應的古代史

4,生活方式,比如繩文人的採集狩獵和彌生人的農業文化,

整篇文章明明就說了一個事情

日本人的基因來源多樣性,比如沖繩就特殊,而且還保留著繩文時代遷徙而來的人的基因部分。

這完全就不是用來比較日本人和中國人的啊!而且作者提到了彌生時代非常大規模的來自於中國大陸或者朝鮮半島的人類遷徙。

——————關於這篇文章的意義——————

這篇文章是用來解讀日本本土人來源的。

在作者之前,關於日本人起源,日本主流有三種觀點:

1,現代日本人來自於3萬年前的亞洲大陸,那個時候日本海島還連接著大陸

2,日本來自於1萬年前,即繩文人,主要是陶瓷和狩獵文化

3,日本人來自於2300年前,即彌生文化,通過朝鮮半島,帶來了編織技術、金屬製造和水稻技術。彌生文化最早發現於就走,然後很快覆蓋全日本島,甚至導致了北海道南部的文化徹底改變。

而大家在爭議古代繩文人對日本的基因貢獻有多少。

這裡又有兩種理論

一種叫做替代(substitution),即後來人把前人替代了,

一種叫做轉換(transformation),即現代日本人是最初在更始世(一萬二千年以前)從中國南部來到日本,然後在本土獨自的發展。

而作者提出了一種新的看法,叫做雜交(hybridization),認為現代日本人是不同批次遷徙到日本的人的混合體。

—————其他說法也不太嚴謹—————

歐洲人意識到自己並不是尼安德特人的子孫後代

no,事實上嚴格意義上,現代人是智人和尼安德特共同的後裔。

中國人意識到自己作為智人而跟北京猿人並沒有什麼傳承關係

no,這個目前還有待研究。因為我們目前還沒有檢測到中國的古人類基因。出現一個中國本土的「尼安德特人」是非常有可能的(類似於丹尼索瓦人),即現代人到了中國和當地的古人類進行了混合,由於中國大陸不太適合保存古人類,所以研究比較滯後,而歐洲做的非常好。

事實上現代人類學證明,現代智人是從非洲走出後,他們和各地的古人類進行了雜交併產生了後代。

現代基因圖譜的測定表明斯拉夫人遠比德國人擁有「更純的雅利安人血統」,從而響亮打了幾十年前納粹德國人種優

no!推翻這個的明顯是考古學的功勞而非分子人類學。因為德國人口中的「雅利安人」(金髮碧眼)和真實的雅利安人是兩碼事,這屬於納粹搞錯了日耳曼人本質,給自己的爹強行取了個雅利安的名字而已,根本不存在誰是純種的問題。

這是歐洲的y染色體,咋看純度?

發現DNA與遺傳物質的真相真的是人類最偉大的發現之一,它極大的完善了進化論,並成為依靠考古挖化石的方法之外,支持進化論的又一個堅實的論證。

no,搞錯人了,完善進化論的是木村資生的中性進化論,對其貢獻巨大的人包括

1,孟德爾和摩爾根的現代遺傳學 2,沃森和克里克的DNA雙螺旋,他倆都不是發現DNA的!

請問在做的各位有幾個知道誰發現了dna?

進入教科書的人叫艾弗里,不過他不是發現DNA的,而是證明DNA是遺傳物質的。

答案是1869年,是瑞士生物學家Friedrich Miescher發現的(我也是百度加谷歌找到的這尊)。

ref.

Hammer M F, Horai S. Y chromosomal DNA variation and the peopling of Japan[J]. American journal of human genetics, 1995, 56(4): 951.

最後,很多人不太清楚時間點。

1,一代測序是上世紀70年代才搞出來的

2,人類基因組計劃是2001年才完成的,在這之前,我們不清楚人類整體基因的情況,而這個計划過程中venter和各國科學家組成的兩個團隊互相印證,最後才確定了二代測序。

3,人類走出非洲是1987年才提出的,根據的是線粒體DNA


恰恰相反,很多情況都是分子手段佐證了形態學分類。

關於題主的蛛形學問題,從形態學方面來回答個梗概。

螯肢的有無,只是界定了螯肢亞門和有鄂亞門的區別,為祖征。

蠍目和蜱蟎目都隸屬蛛形綱。而區分蛛形綱內部的特徵還要再更進一步。

螯肢亞門內分為三個綱:肢口綱、海蜘蛛綱、蛛形綱。

區分條件如圖。

肢口綱就是鱟,俗稱馬蹄蟹,我就不上圖了。

海蜘蛛綱如圖:

最後是蛛形綱,如圖所示為蜘蛛的模式圖:

很明顯可以看到上述特點。

在確定性狀的時候:有一個規定:儘可能選擇與環境相關度小的性狀。因為這種性狀不容易受到自然選擇的影響,最容易確認親緣關係。

因此可以認為:蠍目的螯是一種特化,因此在選擇此性狀時要慎重,而真正的螯肢則是口前的第一對。同時在蠍目中,身體分為前體和後體,背部有背甲狀的盾覆蓋,背甲上有位於中部的單眼。通常6對附肢:螯肢(圖g、h),觸肢(圖b、c)和四對足因此是螯肢動物。同時根據上面提及的二歧樹(後體附肢退化,蠍目使用書肺呼吸。)可以辨認為蛛形綱。

再看下蜱蟎目:

網紋擬邦佐蟎 Pseudobonzia clathrathus(Shiba)

圖中可明顯地看到共有6對附肢、身體分為前體和後體。但背甲與眼均已退化,螯肢特化為口針。同時後體附肢消失,用氣管呼吸。因此也隸屬於蛛形綱。

背甲在羽蟎身上卻有所體現:

因此可以認為,蠍目與蜱蟎目是具有相同起源。

1998年,WC Wheeler 與 CY Hayashi搞了個大新聞,綜合18SrDNA與28SrDNA和93個性狀得出了下面的結論,算是給蛛形綱的演化暫時下了一個定論:

Reference:

劉曉艷. 福建茶園巨須蟎科分類研究 (蜱蟎亞綱: 前氣門目)[D]. 福建農林大學, 2009.

Wheeler W C, Hayashi C Y. The phylogeny of the extant chelicerate orders[J]. Cladistics, 1998, 14(2): 173-192.

孫棟, 朱明生. 拉茲蠍屬——中國新紀錄屬及 1 新種記述 (蠍目: 鉗蠍科)[J]. 河北大學學報: 自然科學版, 2010, 30(3): 307-312.

連偉光. 中國盲蛛目強肢亞目的分類研究 (蛛形綱: 盲蛛目)[D]. 河北大學, 2007.

六足動物 (昆蟲) 系統發生的研究[J]. 科學出版社, 2008.


感謝@李雷專業的答案對之前本答案中不嚴謹地方的指正: 我原答案一共就沒幾個字,還讓您可以回了這麼大一篇文章=_=

我最近在關注美國公司給平民的基因檢測認祖的項目里,很多我的朋友的檢測結果顯示含有尼安德特人基因。說明現代智人確實也混了其他直立人種的基因,但是比例過小。歐洲人早先一直以來的認知自己是尼安德特人的後代,而與非洲人沒關係(歐洲人也不願意承認這一點),基因測序的結果確實是顛覆了這個觀點。這一點沒錯。

雖然沒有考古的DNA證據,但考古顯示智人來到亞洲的時候(約5萬年前)北京猿人(約20萬年前)已經滅絕了,所以不像智人在非洲跟尼安德特人共存過,智人跟北京猿人應該沒有混血。

關於YPA基因方面,我之前的理解認為YPA基因型更早來到東亞,確實不應該簡單定義為誰的祖先先遷徙,祖先和種族定義問題太過寬泛,還是謹慎一點好。

至於評論區說我哈日舔日的……

我表示:

腦子進水了吧!

========

很多小夥伴問相關書籍和原文,相關DNA與基因測序證明人類遷徙的書可以看看:

《出非洲記——人類祖先的遷徙史》美國斯賓塞·韋爾斯著

蔡曉雲.Y染色體揭示早期人類進入東亞和東亞人群特徵形成過程 .上海:復旦大學出版社,2009-10-18:20-34

蘭海.Y染色體單倍群D在東亞的分布及其意義.蘇州:現代人類學通訊社,2008-11-01:5-1


我彷彿聽見全世界到處都是啪啪啪的打臉聲


一圖以蔽


舉個栗子

之前的eukaryote, prokaryote

現在的bacterium, archaea, eukaryote.

是根據rRNA分類的,也算是測序成果吧。


有一些被推翻的 但大部分是在科屬種的層面上 比如說通泉草屬原來是玄參科 現在認為屬於馬鞭草科 綱以上的變動基本只是分類系統整體的完善比如把甲殼綱整體升級為甲殼亞門 下面類群隨之變動

換句話說 分子手段能糾正一些從傳統分類學在科屬種方面親緣關係認定的失誤 但是綱及以上的分類系統傳統分類學還是基本靠譜的

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糾正一下 手抖寫錯了Orz 通泉草是被調整到透骨草科了


漢族的父系與印第安人比較接近,這不稀奇,但是印第安人和歐洲人最接近。

歐洲人和漢藏人與印第安人的主要類型是阿拉伯人祖先的一個小比例類型的子類型,所以漢藏語與印歐語同源的想法並不十分叛逆。白種人佔主流的突厥人在語言上是很早就被蒙古人的祖先逆向同化了。

中國人和蒙古人反而距離很遠,類似蒙古人主流的類型在漢族、朝鮮族中佔比極低。

漢藏人與印第安人母系與蒙古人母系接近,所以他們長得明顯不像歐洲人。


本人分子遺傳學小碩,淺談。分類學很複雜,分子生物學只是從另一個側面揭示生物遺傳進化關係,只能作為一個參考,否定倒還不至於。首先本身基因表達就受環境影響很大。基因層面上的簡單系統進化分析本來就不被很多傳統分類學家認可。再次分類學本身的定義是按照外觀來區分還是基因序列來區分本身就是一個問號。不過分子生物學確實可以對傳統分類提供一些很有價值的參考。而且現在搞生物必談分子。導致很多傳統的方法根本無用武之地。最後這種細枝末節的爭論還是留給那些閑著沒事的專家來做吧。我們這些普通人還是安心賺錢養家吧


簡單的說,所謂的分類學,是根據同部位的性狀特徵的有無,相似程度將不同的種群或個體進行歸類。在早期沒有分子手段的時候,這些性狀特徵便是形態上顯示出來的一些特徵,比如角的有無,能不能飛,蛇鱗片的排列分布等等。只是到分子手段的出現後,這些性狀就變成了ATCG或者不同的氨基酸而已。

在形態分類學上,由於性狀數量的有限,可能不同的物種間可觀測測量到的性狀數量就幾十個,再加上趨同演化或中性突變導致在形態上可能相同但實際卻發生了演化使得得到的性狀特徵出現了偏差,形態分類在解決一些分類地位上往往給不出最優的結果。但分子手段出來後,就拿最常用於分類的16S和COI來說,便有幾百個性狀特徵,有用的信息位點(即不同的位點)至少也有幾十個,而隨著測序技術的發展,現在測大量的基因成本已經不是那麼大,能得到的性狀特徵也就越多了,因此,從數據量這點上,說分子手段顛覆了許多形態分類這點並不為過。

但我想再說幾句,其實如今在業內,不少純粹做分子的看不起做形態的,純粹做形態的也認為分子分類不是真正的分類學。可是說到底,形態分類和分子手段分類畢竟都只是解決物種在生命樹上哪個位置的方法而已,並且是兩種完全不同的方法,並不是說分子手段是基於形態手段發展或進化的方法,也不是說分子手段是背離了真正的分類學發展出來的方法。這兩種手段的出發點不同,但卻是為了解決同樣的問題,因此我認為這兩種方法應該相輔相成,而不是互相排斥。在分子手段解決不了的地方,比如古生物化石的分類,便由形態學協助,在形態方法解決不了的地方,比如隱存種,近源種的分類,變由分子手段協助,在兩者都能分類的地方,則同時參考兩種分類方法。

再說兩句,其實傳統分類學現如今已經已經逐漸衰退,甚至很多人不認同這是科學,而且對於一些低階源的物種的分類,真的是很難發太好的文章。但仍然有一些人仍然堅守在這條路上,或許這和貴乎所謂的情懷不能當飯吃相悖,但是那種在野外看到從來沒見過的動物或植物,那種興奮對這些人來說卻是金錢無法滿足的。分類學或許對大多數人來說沒多少意義,但對於這個宇宙中孤獨的星球孤獨的人類來說,看看哪些東西和我們一起生存著,想必能給孤獨的我們帶來一絲安慰吧。


很多從外形上觀察還是蠻準的,我覺得整個體系不一定會被顛覆掉,細節肯定很多修改的地方。


這是肯定的。以前分類是從物種的形狀進行分類,現在最普遍的分類方法是通過測16sRNA.這是因為16sRNA在基因序列上相對基因組其他部分更加保守,在進化的速度上相對較慢。當然,也不能說明這就是最正確的分類方法,只是相對精準。


各位大神,趕快把小龍蝦和龍蝦的基因測序搞定,因為不止我一個人認為牠們應該是親戚。


的確有不少,不過也不是全部。舊的生物分類依據的是形態學特徵,而新的生物分類依據的是物種的分子序列(DNA、RNA和蛋白質序列)。雖然用兩種依據划出來的分類肯定有不同,但是兩者絕對是有相似處(或者說聯繫)的,畢竟形態學特徵就源於這些分子序列。


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