新遗传学研究揭示了地球上最奇怪的哺乳动物是如何变得如此离奇的

鸭嘴兽年轻在澳大利亚维多利亚。

澳大利亚的海狸状鸭嘴鸭嘴兽通常被认为是世界上最奇怪的哺乳动物，表现出一系列怪异的特征：它产卵而不是生活婴儿，出汗的牛奶，有毒的马刺，甚至配备了10条性染色体。现在，由哥本哈根大学领导的国际研究人员团队对鸭嘴兽基因组进行了独特的定位，并找到了有关鸭嘴兽一些陌生特征的起源的答案。

它产卵，但护士却无牙，有毒刺，脚蹼，发光的皮毛，有10条性染色体。自从欧洲人在1700年代后期在澳大利亚发现鸭嘴兽以来，古怪的，鸭嘴般的半水生生物就使科学研究人员感到困惑。

现代研究人员仍在尝试了解鸭嘴兽（通常被认为是世界上最奇怪的哺乳动物）如何变得如此独特。现在，他们的理解已大大提高。由哥本哈根大学生物学家领导的国际研究人员小组首次绘制了完整的鸭嘴兽基因组图。该研究已经发表在科学杂志《自然》上。

弗雷德里克·诺德（Frederick Nodder）的插图来自1799年对“鸭嘴兽”的首次科学描述。

“完整的基因组为我们提供了鸭嘴兽的一些怪异特征如何出现的答案。同时，对鸭嘴兽的基因组进行解码对于增进我们对其他哺乳动物（包括我们人类）如何进化的认识非常重要。它是我们和其他禽类哺乳动物为何进化成为能够生幼的而不是产卵动物的动物的关键。”生物学系张国杰教授解释说。

鸭嘴兽属于一类古老的哺乳动物-单峰类-在任何现代哺乳动物出现之前已有数百万年的历史。

“实际上，鸭嘴兽属于哺乳动物类。但从基因上讲，它是哺乳动物，鸟类和爬行动物的混合物。它保留了许多祖先的原始特征，这可能有助于其成功适应居住环境。”张教授说。

动物学家在吉朗（澳大利亚维多利亚州）的巴旺河附近发现了鸭嘴兽。

鸭嘴兽最不寻常的特征之一是，尽管它产卵，但它也具有用来喂养婴儿的乳腺，而不是通过乳头，而是通过牛奶排出，而牛奶是从身体排出的汗水。

在我们自己的进化过程中，人类失去了所有三个所谓的卵黄蛋白原基因，每个基因对卵黄的产生都很重要。另一方面，鸡继续拥有全部三只。这项研究表明，鸭嘴兽仍然携带着这三个卵黄蛋白原基因中的一个，尽管在大约1.3亿年前就失去了另外两个。鸭嘴兽依靠这一剩余基因继续产卵。这可能是因为鸭嘴兽为年轻人提供乳汁，它不像鸟类和爬行动物那样依赖卵黄蛋白的产生。

在所有其他哺乳动物中，卵黄蛋白原基因已被酪蛋白基因取代，酪蛋白基因负责我们产生酪蛋白的能力，酪蛋白是哺乳动物牛奶中的主要成分。这项新的研究表明，鸭嘴兽也携带酪蛋白基因，因此它们的牛奶成分与母牛，人类和其他哺乳动物的十分相似。

墨尔本博物馆的鸭嘴兽骨骼。

张国杰说：“它告诉我们，所有现存哺乳动物物种的牛奶生产都是通过源自一个共同祖先的同一组基因开发的，该祖先存在于1亿7千万年前，与侏罗纪时期的早期恐龙一样。”

使鸭嘴兽如此独特的另一个特征是，与绝大多数哺乳动物不同，鸭嘴兽无牙。尽管这个单峰的最接近的祖先是有齿的，但是现代的鸭嘴兽配备了两个用来捣碎食物的角板。研究表明，鸭嘴兽大约在1.2亿年前就失去了牙齿，当时负责牙齿发育的8个基因中有4个消失了。

仅有10条性染色体的动物

研究人员调查的另一个鸭嘴兽怪是如何确定其性别的。人类和地球上的所有其他哺乳动物都有两个决定性别的性染色体– X和Y染色体系统，其中XX是女性，而XY是男性。但是，包括我们来自唐德郡（Down Under）的鸭嘴朋友在内的单峰有10条性染色体，其中有5条Y和5条X染色体。

由于近乎完整的染色体水平基因组，研究人员现在可以建议，单峰祖先中的这10条性染色体以环状形式组织，随后被分解成许多X和Y染色体小片段。同时，基因组图谱显示，大多数单性性染色体与鸡相比，与人类相比具有更多共同点。但是它显示的是哺乳动物和鸟类之间的进化联系。

鸭嘴兽事实

鸭嘴兽流行于澳大利亚东部和塔斯马尼亚州。它是一种受保护的物种，被自然保护联盟（IUCN）列为濒临灭绝的物种。鸭嘴兽被认为是哺乳动物的原因包括：它们有乳腺，长发并且在中耳有三块骨头。鸭嘴兽属于哺乳动物的一类，因此被命名为鸭嘴兽，因为单头类动物使用一个单一的开口进行排尿，排便和有性繁殖。该动物是出色的游泳者，并花费大量时间寻找昆虫和贝类。在河中，它独特的喙充满了电子传感器，用于在泥泞的河床中定位猎物。雄鸭嘴兽的后腿后部有毒刺。毒液足以杀死一只狗，并且会在雄性争夺领土时被使用.2020年的另一项研究表明，鸭嘴兽的皮毛是发荧光的。当放在紫外线下时，动物的棕色皮毛会反射出蓝绿色。

关于研究

先进的基因测序技术结合了众多前沿技术，使研究团队能够从鸭嘴兽及其表亲（针）（目前仅有的两种极端动物）中绘制出一个接近完整的染色体组基因组图谱。基因数据填补了以前遗传图谱中90％的空白。目前已有超过96％的基因组序列位于染色体上，研究人员比较了来自鸡，人，大鼠，塔斯马尼亚恶魔和蜥蜴的单端基因和基因组，此外还包括大学的杨周（Yang Zhou）和张国杰（Guojie Zhang）。在哥本哈根市，这项研究是由以下人员进行的：澳大利亚阿德莱德大学的Linda Shearwin-Whyatt和浙江大学的李静（中国）。完整的作者名单可在研究文章中找到。该研究刚刚发表在著名的科学杂志《自然》上。

参考：杨舟，琳达·谢尔温·怀亚特，李莉，宋振珍，高桥早川，戴维·史蒂文斯，简·C·费内隆，艾玛·皮尔，元媛成，菲利普·帕帕奇，娜塔莎·布拉德利，彦彦铃木（Suzuki），Masato Nikaido，Joana Damas，Tasman Daish，Tahlia Perry，Zexian Zhu，Yungcong Geng，Arang Rhie，Ying Sims，Jonathan Wood，Bettina Haase，Jacquelyn Mountcastle，Olivier Fedrigo，Qiye Li，Huangming Yang，Jian Wang，Stephen D.约翰斯顿，亚当·菲利普（Adam M.Phillippy），柯斯汀·豪（Kerstin Howe），埃里希·贾维斯（Erich D.和张国杰，2021年1月6日，自然。DOI：
10.1038 / s41586-020-03039-0