进化论表明,所有生命都源于同一个根源,并且我们与地球上的所有其他生物都或多或少存在着遥远的联系。正如查尔斯·达尔文所承认的,我们最接近的祖先是在类人猿中找到的。但除此之外,生命之树的分支模式的混乱意味着事情变得不那么清晰。
我们知道,生命是从一个共同的普遍祖先进化而来的,该祖先产生了细菌、古细菌(其他类型的单细胞微生物)和真核生物(包括植物和动物等多细胞生物)。但最早的动物是什么样子的呢?过去十年见证了争论特别激烈关于这个问题。现在我们的新研究,发表于《科学进展》,已经给出了答案。
海绵与梳子果冻
从 19 世纪到大约十年前,人们普遍认为我们最远的亲戚是海绵。海绵与大多数动物如此不同,以至于它们最初被归类为藻类的成员。然而,现代海绵的基因和其他特征,例如它们产生精子细胞的事实,表明它们肯定是动物。它们的独特性和简单性当然符合海绵优先的理念。
但在过去的十年里,这种模式已受到挑战通过多项研究比较不同动物的 DNA。我们最远的动物亲戚的替代候选者是栉水母:美丽、透明、球形的动物,得名于它们通过击打一排闪闪发光的梳状纤毛来推动自己在水中前进。

栉水母表面上与水母相似,并且像水母一样漂浮在海中。栉水母无疑与人类相去甚远,但与海绵不同的是,它们与我们拥有共同的先进特征,如神经细胞、肌肉和肠道。如果栉水母确实是我们最远亲,那就意味着所有动物的祖先也拥有这些共同特征。更非凡的是,如果第一批动物具有这些重要特征,那么我们就必须假设海绵曾经拥有这些特征,但最终失去了它们。
追踪进化树
为了了解物种如何进化,科学家经常使用系统发育树,其中树枝的尖端代表物种。分支分裂的点代表了共同的祖先。下图显示了一个系统发育树的示例,其中海绵首先分裂,而栉水母首先分裂。

海绵优先和栉水母优先的进化树都得到了不同基因研究的支持,这场争论似乎导致了跨大西洋的僵局,大多数欧洲人更喜欢传统的海绵优先,而北美人普遍更喜欢小说先梳果冻。
争论归结为一个问题:如何最好地分析我们现有的大量遗传数据。海绵优先支持者提出的一种可能性是,将栉水母放在首位的动物树是错误的结果。当所研究的群体之一的进化速度比其他群体快得多时,就会出现问题。快速发展的群体通常看起来已经存在很长时间了。栉水母就是这样的一个群体。可以吗栉水母的快速进化会误导我们认为它们是由比实际情况更早的分裂产生的吗?
我们被果冻愚弄了吗?
我们以一种新的方式解决了这个问题——直接调查快速进化的栉水母欺骗我们的可能性。我们想问的是,我们在这些动物身上看到的不平等的进化速度是否可能会导致错误的答案。
我们的新工作方式是通过使用计算机模拟 DNA 进化的发生方式来剖析问题。我们从代表动物祖先的随机合成 DNA 序列开始。在计算机中,我们通过累积突变让这个序列在两种不同的条件下进化——要么按照海绵优先模型,要么按照梳状果冻优先模型。这些序列根据每棵树的分支模式而演变。
我们最终得到了一组具有 DNA 序列的物种,这些序列彼此相关,反映了它们进化的树木。然后,我们使用每个合成数据集来重建进化树。
我们发现,当我们使用根据栉水母优先模型模拟的数据构建树时,我们总是可以轻松地正确地重建树。这是因为它们的快速变化带来的偏差实际上强化了树中的信息——在这种情况下也表明它们是最古老的分支。树信息和偏差都指向同一方向这一事实保证了我们会得到正确的结果。总之,如果栉水母真的是第一个分支,那就毫无疑问了。
然而,当我们用海绵作为第一个分支来模拟数据时,我们经常重建错误的树,栉水母最终成为第一个分支。这显然是一棵更难正确处理的树,原因是树信息(在本例中显示海绵是最古老的分支)与来自快速进化的栉水母(支持栉水母优先)的偏差相矛盾)。
通往栉水母的长分支确实会导致它们看起来比实际年龄更老,而重建树的这种困难正是我们在真实数据中遇到的。
那么,谁先来呢?基因分析表明栉水母先出现,实际上可能是因为没有考虑到使这些动物看起来比实际年龄更老的偏见。最后,我们的研究表明海绵确实是我们最遥远的动物亲戚。