北京時間2025年11月8日,由中國科學(xué)院昆明動物研究所牽頭,聯(lián)合中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所、中山大學(xué)、陜西省考古研究院、山東大學(xué)等國內(nèi)外多家科研機構(gòu),在國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》(Cell)上發(fā)表了題為“Genome sequences of extant and extinct gibbons reveal their phylogeny, demographic history, and conservation status”的研究論文。該研究通過對現(xiàn)存及滅絕長臂猿的大規(guī)模基因組測序與比較分析,系統(tǒng)闡明了長臂猿科的演化歷程、種群動態(tài)及其標(biāo)志性長臂表型的遺傳基礎(chǔ),為全球長臂猿的保護(hù)行動提供了新的科學(xué)見解。
長臂猿是與人類親緣關(guān)系較近的小型猿類,以其獨特的“臂行”運動方式、復(fù)雜的鳴唱行為、獨特的配偶制以及嚴(yán)峻的瀕?,F(xiàn)狀受到廣泛關(guān)注。然而,由于樣本獲取困難及其快速的演化輻射歷史,長臂猿的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系長期存在爭議,許多關(guān)鍵的演化問題懸而未決。為填補這一研究空白,研究團(tuán)隊利用先進(jìn)的基因組學(xué)技術(shù),構(gòu)建了迄今最全面的長臂猿基因組數(shù)據(jù)集,覆蓋了18個現(xiàn)存長臂猿物種,并成功獲取了包括已滅絕的“君子長臂猿”在內(nèi)的3個古代樣本的線粒體基因組。
一、解析系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系,重繪長臂猿“演化樹”
長臂猿科下四大屬——長臂猿屬(Hylobates)、冠長臂猿屬(Nomascus)、白眉長臂猿屬(Hoolock)與合趾猿屬(Symphalangus)的演化順序,長期以來是學(xué)界爭論的焦點。研究團(tuán)隊通過創(chuàng)新的全基因組比對和溯祖分析方法,克服了由“不完全譜系分選”(ILS)導(dǎo)致的遺傳信號沖突,首次以確鑿的基因組證據(jù)揭示了四大屬的演化關(guān)系為 (長臂猿屬, (冠長臂猿屬, (合趾猿屬,?白眉長臂猿屬)))。這一發(fā)現(xiàn)解決了長臂猿屬級分類的百年難題,為理解其快速輻射演化提供了關(guān)鍵框架。此外,從基因組角度進(jìn)一步夯實天行長臂猿作為一個獨立物種的分類學(xué)地位。通過對從秦始皇祖母墓中發(fā)現(xiàn)的“君子長臂猿”的古DNA分析,研究證實該物種應(yīng)歸屬于冠長臂猿屬,而非一個獨立的屬。這一發(fā)現(xiàn)不僅修正了對古代物種的分類認(rèn)知,也為我們理解長臂猿在歷史時期的物種多樣性和地理分布提供了重要線索。
二、重建種群歷史,評估氣候變化影響與物種瀕危風(fēng)險
該研究通過對長臂猿基因組的深入分析,重構(gòu)了它們在過去數(shù)十萬年間的種群動態(tài)歷史。研究發(fā)現(xiàn),在晚更新世時期(約10-20萬年前),大多數(shù)長臂猿物種都經(jīng)歷了一次嚴(yán)重的種群瓶頸期,隨后在約7萬年前出現(xiàn)同步的種群恢復(fù)。這一動態(tài)與全球氣候變化和海平面波動高度吻合,表明歷史上氣候變化是驅(qū)動長臂猿種群興衰的關(guān)鍵因素。此外,基因組分析顯示,現(xiàn)存的白眉長臂猿屬物種普遍具有極低的遺傳多樣性和高水平的近交。這些遺傳學(xué)指標(biāo)為評估長臂猿物種的瀕危等級和制定保護(hù)策略提供了科學(xué)數(shù)據(jù),凸顯了在物種保護(hù)工作中整合遺傳信息的重要性。
三、探索長臂性狀演化機制,鎖定關(guān)鍵基因的結(jié)構(gòu)變異
長臂猿最顯著的身體特征是其用于“臂行”的修長四肢。其背后的遺傳機制一直是演化發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域的熱點問題。研究團(tuán)隊通過多物種比較基因組學(xué)分析,在長臂猿?Sonic Hedgehog?(SHH)?基因的關(guān)鍵調(diào)控區(qū)內(nèi),識別出一個特異性缺失片段(長度為205個堿基對)。SHH基因是調(diào)控脊椎動物肢體發(fā)育的核心基因。為驗證該缺失的功能,研究團(tuán)隊構(gòu)建了攜帶此結(jié)構(gòu)變異的轉(zhuǎn)基因小鼠模型。實驗結(jié)果顯示,與野生型小鼠相比,攜帶長臂猿特有基因缺失的“敲入”小鼠四肢骨骼表現(xiàn)出顯著的相對增長。這一功能實驗證據(jù)表明,該結(jié)構(gòu)變異可能在長臂猿四肢伸長演化過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,為理解形態(tài)演化的遺傳機制提供了重要案例。
該研究由中國科學(xué)院昆明動物研究所吳東東研究員、中國科學(xué)院古脊椎動物與古人類研究所付巧妹研究員和中山大學(xué)范朋飛教授共同領(lǐng)導(dǎo),是中國科學(xué)院昆明動物研究所牽頭發(fā)起的國際“靈長類基因組計劃”(Primate Genome Project)的又一重要成果。研究得到了科技部、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委員會、云南省科技廳、云南省人力資源和社會保障廳及昆明動物研究所的資助和支持。
