馮佳紅，王政昆，朱萬(wàn)龍

(云南省高校西南山地生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)植物生態(tài)適應(yīng)進(jìn)化及保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 云南師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500)

1 引言

樹鼩(Mammalia)被認(rèn)為是比小鼠(Musmusculus)在進(jìn)化上更接近人類的物種，而且具有體積小、易飼養(yǎng)、生殖周期短等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]。所以，作為模式生物被極為廣泛的應(yīng)用[2]，各種疾病模型也相繼建立[3～7]。但其作為基石的分類地位仍未達(dá)成一致，這對(duì)應(yīng)用顯然是不利的。準(zhǔn)確的厘定樹鼩分類地位是極為重要的[8]，因?yàn)橹挥写_切證明樹鼩有更高的進(jìn)化地位，與人有更高的親緣關(guān)系，它才可能擁有比小鼠更高的科研和醫(yī)學(xué)價(jià)值[9]。

近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)的崛起，樹鼩分類研究取得了許多進(jìn)展，并與形態(tài)學(xué)和古生物學(xué)一起，獲得了傾向性結(jié)論，本文將討論這些進(jìn)展。但值得注意的是，現(xiàn)在仍然沒有一致性結(jié)論，樹鼩的準(zhǔn)確分類仍然爭(zhēng)議不斷。本文也將探討可能有希望的研究方向，只有在分類上建立了穩(wěn)固的基石，才能為后續(xù)應(yīng)用鋪平道路。

2 古生物學(xué)研究樹鼩分類

每種生物都有機(jī)會(huì)成為化石被埋藏在地殼里，對(duì)化石的發(fā)掘就如同閱讀一本按照年代排列的進(jìn)化書籍。通過放射性核素檢測(cè)，甚至可以知曉物種存在的準(zhǔn)確年代，所以古生物學(xué)方法也堪稱研究物種分類地位的“金標(biāo)準(zhǔn)”。第一例明確的化石資料來(lái)自于1979年，發(fā)掘于印度Haritalyangar的礦床中[10]。這一化石為進(jìn)化的研究和分類的厘定做出了重大的貢獻(xiàn)。中國(guó)的第一例化石于1983年在云南的祿豐發(fā)現(xiàn)[11]，這對(duì)當(dāng)時(shí)分類上的一些爭(zhēng)議問題給出了準(zhǔn)確答案。而最新的化石資料出現(xiàn)在2016年，是由倪喜軍團(tuán)隊(duì)在云南省李家洼哺乳動(dòng)物化石點(diǎn)所發(fā)現(xiàn)，該化石被命名為“麒麟樹鼩”，可追溯到約3400萬(wàn)年前漸新世早期[12]。麒麟樹鼩的發(fā)現(xiàn)讓樹鼩最早出現(xiàn)的時(shí)間翻了一倍，刷新了人們對(duì)樹鼩最早出現(xiàn)年代的認(rèn)知，也促使人們對(duì)樹鼩的分類地位再評(píng)估。古生物學(xué)一直是研究進(jìn)化和分類的主角之一，是屬于能夠“一錘定音的角色”，但已發(fā)掘到的化石資料極少，而大家對(duì)這方面的重視程度以及投入的人力物力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。對(duì)樹鼩分類的準(zhǔn)確界定，化石資料是及其重要的及其珍貴的，加大樹鼩化石的尋找和發(fā)掘，是及其重要的突破點(diǎn)。

3 分子生物學(xué)研究樹鼩分類

分子生物學(xué)方法是用核酸序列或蛋白質(zhì)序列按照一定算法做比對(duì)，從而確定物種進(jìn)化遠(yuǎn)近的一種方法。隨著測(cè)序能力發(fā)展和分析算法的進(jìn)步，這種方法在分類研究中愈來(lái)愈重要。目前，運(yùn)用分子生物學(xué)方法對(duì)樹鼩分類研究方面已經(jīng)積累了大量資料。Schmitz等[13]在2000年時(shí)使用樹鼩線粒體DNA(mitochondrial DNA, mtDNA)的12個(gè)蛋白質(zhì)編碼序列與十幾種代表性物種做比對(duì)，最終結(jié)果顯示，樹鼩與兔形目(Lagomorpha)有更高親緣性。隨后Hudelot等[14]的工作也支持這一結(jié)論。在核基因方面，Bailey等[15]在1992年分析ε-球蛋白基因(ε-globin genes)后認(rèn)為樹鼩與兔形目親緣更近，Porter等[16]在分析了27個(gè)物種的血管性血友病因子(von Willebrand factor, VWF)后認(rèn)為樹鼩是嚙齒目(Rodenti)近緣，Hallstrom和Janke[17]在2010年對(duì)31個(gè)物種用3364個(gè)同源基因建樹分析后認(rèn)為樹鼩與嚙齒目的親緣關(guān)系更近。而在2013年，fan等[18]選擇了15個(gè)代表物種的2117個(gè)單拷貝基因構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，結(jié)果表明樹鼩是靈長(zhǎng)目(Primates)近親，同年的類似研究也支持相同結(jié)論[19]。在2015年，對(duì)哺乳動(dòng)物的基于多基因水平的進(jìn)化樹構(gòu)建中，樹鼩被認(rèn)為和嚙齒目或靈長(zhǎng)目親緣性最近[20]?？偟膩?lái)說(shuō)，在分子層面展開的研究中，線粒體基因數(shù)據(jù)傾向于支持樹鼩與嚙齒目有更高親緣，而核基因數(shù)據(jù)支持樹鼩與靈長(zhǎng)目更親緣。在近些年的研究中，通過對(duì)樹鼩寡聚合成酶家族(Oligomeric synthetase family)的比對(duì)，認(rèn)為其更近靈長(zhǎng)目[21]。對(duì)樹鼩α-突觸核蛋白(α-synuclein,α-syn)研究發(fā)現(xiàn)，其cDNA序列除45、60、65、69、93、114、147、150、157、204、252、270、284、298、308和324位核苷酸外與人cDNA序列完全一致，甚至進(jìn)一步蛋白質(zhì)序列分析表明同源性高達(dá)97.1%[22]。在樹鼩的白介素21(interleukin 21,IL-21)基因的研究中，認(rèn)為樹鼩IL-21與靈長(zhǎng)類而非嚙齒類的IL-21同源性較高—核苷酸序列的同源性為83.33%，且二級(jí)結(jié)構(gòu)、疏水性和表面電荷分布也與人IL-21相似[23]。此外值得提出的是，2019年昆明動(dòng)物研究所通過單分子測(cè)序(Single molecule sequencing)和高通量染色體構(gòu)象捕獲(High-througnput chromosome conformationcapture, Hi-C)技術(shù)獲得了一個(gè)新的樹鼩參考基因組，還通過對(duì)6個(gè)個(gè)體全基因組測(cè)序獲得了樹鼩的單核苷酸多態(tài)性(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)圖譜[24]，這些寶貴數(shù)據(jù)為分子水平的樹鼩分類研究提供了更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，需要進(jìn)一步挖掘利用?？傊?，分子的解析觸及進(jìn)化實(shí)質(zhì)，是分類學(xué)最前沿方向之一。在前期的研究中，當(dāng)選取不同基因時(shí)呈現(xiàn)出不同結(jié)果，這說(shuō)明在分子的選取上和內(nèi)部規(guī)律的理解上還有待解決的問題。在進(jìn)一步的研究中，更深刻地理解分子的進(jìn)化機(jī)制是重要的，而開發(fā)更能代表進(jìn)化歷程的算法也非常重要。針對(duì)后者，尋找數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)方面的專業(yè)人士進(jìn)行跨學(xué)科合作，是最有效的方式。

4 形態(tài)學(xué)研究樹鼩分類

基于形態(tài)學(xué)的物種分類是一種古老的方法。不同的物種因?yàn)閬?lái)源于共同祖先而具有的相似結(jié)構(gòu)稱為同源結(jié)構(gòu)，通過比較物種的同源結(jié)構(gòu)，把物種放到合適的進(jìn)化位置。樹鼩起初被劃歸為食蟲目(Insectivora)，其后基于頭骨、牙齒、肌肉和生殖系統(tǒng)等形態(tài)學(xué)方面的相似性被劃歸為靈長(zhǎng)目[25]。在后續(xù)研究中，Zeller[26]發(fā)現(xiàn)樹鼩頭骨形態(tài)的發(fā)生與靈長(zhǎng)有差異，于是非常支持將樹鼩另立一目。而最近，通過解析樹鼩的體液免疫系統(tǒng)(Humoral immune system)，認(rèn)為相對(duì)于嚙齒目它與靈長(zhǎng)目更親緣[27]，樹鼩味覺丘腦的超微結(jié)構(gòu)解析也認(rèn)為其更類似于靈長(zhǎng)目而非嚙齒目[28]。通過比較樹鼩、小鼠、恒河猴(Macaca mulatta)等的皮膚解剖結(jié)構(gòu)，同樣認(rèn)為其更近靈長(zhǎng)目[24]。盡管如此，目前形態(tài)學(xué)方面的證據(jù)依然沒有形成統(tǒng)一性。所以，形態(tài)學(xué)雖然是最常用的分類方法，但在樹鼩的準(zhǔn)確分類中還沒有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。在后續(xù)研究中，更多形態(tài)學(xué)證據(jù)的挖掘是必要的，對(duì)形態(tài)學(xué)資料的整理分析和更深入比對(duì)也是必要的，而和其它證據(jù)綜合起來(lái)形成證據(jù)鏈，相信是最有前途的方向。

5 表觀遺傳學(xué)樹鼩分類

表觀遺傳學(xué)(Epigenetics)是不涉及基因序列改變的可遺傳變異[29]，典型的例如DNA甲基化(DNA methylation)、組蛋白甲基化(Histone methylation)、組蛋白乙?；?Histone acetylation)等[30]。表觀遺傳學(xué)顛覆了人們對(duì)遺傳的認(rèn)知，更為物種分類帶來(lái)了新思想和新方法，結(jié)合表觀遺傳學(xué)理論，也許才能更深入的理解進(jìn)化和分類。但比較遺憾的是，運(yùn)用表觀遺傳學(xué)方法研究樹鼩的分類還沒有先例。盡管如此，仍然相信這是大有可為的方向，特別是隨著表觀遺傳學(xué)的理論體系逐漸完善[31]，以及非編碼RNA(Noncoding RNA, ncRNA)在生命體系中的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)逐漸被解析[32]。

6 展望

根據(jù)目前積累的證據(jù)，學(xué)者傾向性認(rèn)為樹鼩應(yīng)該單立一目，且親緣于靈長(zhǎng)目。但不同證據(jù)間存在內(nèi)部矛盾，甚至同為遺傳物質(zhì)的核基因和線粒體基因所得結(jié)論都不一致。應(yīng)展開更廣泛和深入的研究，除了挖掘新證據(jù)以外，如何把各種矛盾證據(jù)調(diào)和成一致性解釋是更本質(zhì)的問題，這不僅涉及到對(duì)進(jìn)化更深入的理解，也涉及到分類標(biāo)準(zhǔn)的選取和一套更系統(tǒng)的評(píng)估方法/算法。總之，在大力推廣樹鼩作為模式生物之際，其分類地位的準(zhǔn)確厘定也越發(fā)急迫。如果不能證明樹鼩有更高的進(jìn)化地位，如果不能證明樹鼩與人有更高的相似性，為什么還要花費(fèi)如此大的精力去取代已經(jīng)非常成熟的嚙齒動(dòng)物呢？而除了以上討論的各方面，綜合胚胎發(fā)育、生理學(xué)、行為習(xí)性、生態(tài)分布、以至交配實(shí)驗(yàn)等各方面證據(jù)，也是重要的研究方向。