◎本报记者 赵汉斌
编者按 人类是如何起源的？社会行为是如何形成的？聪明的大脑是如何演化而来的……在解答关于人类的重要谜题时，科学家把目光投向人类的“近亲”—非人灵长类动物。6月2日，11篇关于非人灵长类动物起源和演化的论文齐发，让人类离破解谜题更近一步。
(资料图)
非人灵长类动物是人类的近亲，也是研究人类复杂性状起源与进化的关键类群。
随着分子生物学的发展，近年来人们已经有能力通过基因研究来回答灵长类动物和人类独特的身体结构特征演变的相关问题，但研究进展缓慢。
“为了填补灵长类遗传资源和进化生物学机制方面的不足，我们在2018年携手国内外多家科研单位，发起灵长类基因组计划（PGP）。”该计划发起人、中国科学院昆明动物研究所研究员吴东东告诉科技日报记者。
几年来，围绕灵长类大尺度比较基因组学和复杂性状演化、基因组多样性、社会系统复杂性、物种形成、疾病变异位点演化等重大科学问题，联合研究团队开展了系列原创性研究，并取得了重大成果。11篇重磅论文于6月2日发表在《科学》《科学·进展》《自然·生态与演化》等国际期刊上。
挑战中，灵长类基因组计划联盟应时而生
作为灵长类中的一员，人类一直关注着非人灵长类动物的起源和演化。灵长目是哺乳动物中种类最丰富的类群之一，包括16科82属520余种，仅次于翼手目和啮齿目，且目前依然有新物种不断被发现。
几乎所有灵长类动物都是重点保护动物，像长臂猿、滇金丝猴等都是生物多样性保护的旗舰物种，但目前，全球灵长类物种丰富度和群体数量正遭受前所未有的严峻挑战。
“作为实验动物，非人灵长类是连接基础研究和临床的非常关键的桥梁。”吴东东说，解析和重构灵长类祖先到现代人类进化过程中的基因组变异图谱，是理解人类进化生物学不可或缺的一部分，也是该领域研究的热点问题。
“非人类灵长类动物在生物学、演化学、药理学等领域中扮演着重要的角色，但520多个物种中，仅有不到10%的参考基因组得到测序和解读。”浙江大学生命演化研究中心教授张国捷说，测序进展缓慢大大限制了人们对非人灵长类动物的基因组演化、适应性演化以及分子生物学方面的深入探究，这需要协作与创新。
基于此，2018年，吴东东等人发起的灵长类基因组计划吸引了众多国内外同行响应和参与，除了吴东东团队和张国捷团队，西北大学生命科学学院齐晓光教授团队、云南大学生命科学学院于黎研究员团队等国内团队，以及来自西班牙、美国、丹麦、德国的团队纷纷加入，结成联盟。
“联盟最大的亮点是我们产生基础数据并拥有所有权，但数据又是公开的，全球科学界可共享。联盟成员有各自感兴趣的问题，独立开展工作，同时又有协作。”吴东东说，他们的终极目标是把520多种灵长类动物的基因组数据都采集到，虽然这不是件容易的事。
联盟成立以来，克服了数据庞大、算力不足、疫情中样本采集难等重重难题，调用全国范围内的5个超算中心，新产生了来自11个科26个属27个灵长类物种的高质量参考基因组，同时整合另外23个物种已公布的参考基因组，开展了迄今为止规模最大、物种最全的灵长类比较基因组学研究。
砥砺中，揭示灵长类起源与演化史
人类属于简鼻亚目中的狭鼻类，与黑猩猩、红毛猩猩、大猩猩等大猿的亲缘关系较近。如此丰富多样的灵长类动物是从何时起源的？它们的演化又受到过哪些影响？猴是怎么变为猿，猿又是怎么变为人的？
基于50个灵长类动物物种的高质量基因组数据，吴东东、张国捷、齐晓光、于黎等人开始了破译灵长类动物起源与演化谜题的新征程。
“通过构建现生灵长类全基因组水平系统发育树和分子钟，我们发现灵长类最近共同祖先出现在距今约6495万年至6829万年前。”吴东东说，这一区间与我们熟知的白垩纪—第三纪恐龙等生物大灭绝事件重叠，提示灵长类早期可能受这一事件的影响。
“过去所理解的物种起源过程，是一种‘二叉树’式的，就是由一个物种分化成两个物种的模式，新研究也校正了这一观点。”张国捷告诉记者，此番研究还有一项重要成果，就是首次发现在猕猴类群中存在跨物种的亲密交流，甚至杂交产生一个新的物种。于黎教授团队此次就揭示了黔金丝猴的杂交起源问题。
灵长类的染色体演化经历了哪些历程？猴子有尾巴而猿类怎么没有？灵长类各种性状演化如何“投射”到基因组变化上……这些无一不是令人着迷的问题，研究团队在这些问题上都取得了突破。
不仅如此，研究团队还发现和解析了灵长类艾滋病疾病模型的机制，打破了制约艾滋病研究的关键瓶颈。
联盟组团，形成了集约优势，产生了重大突破。
6月2日，与《基因组学分析提供了对灵长类演化的洞见》论文一道，共有8篇联盟成员的论文以专刊形式发表在《科学》期刊上；此外，同日还有2篇论文发表在《科学·进展》，1篇发表在《自然·生态与演化》上。
创新中，厚植人类未来发展之基
由于这次的最新研究采用了更多染色体级别的原猴物种进行研究，基因测序的组装质量非常高，弥补了过去数据不足导致结果偏差的缺憾。
通过对不同灵长类演化支系的系统生物学比较，研究团队还发现了数以千计的支系特异性基因组变异，这些变异与灵长类不同支系的特殊功能和表型演化有关，例如灵长类动物大脑、体型、骨骼、感官、食性等复杂性状的演化。
“以大脑为例，传统认知认为，在成为智人之后，人的脑容量才慢慢变大，其实不然。”张国捷告诉记者，他们找到了众多相关基因证据，证明在漫长的演化过程中，灵长类动物大脑体积的变化非常显著。而脑容量增大与这些动物的智力水平相关，同时也反映了它们在演化中适应环境的能力。
研究团队重构了从灵长类共同祖先到现代人类基因组的染色体结构，发现灵长类祖先和现代人类具有保守的核型特征。但他们在类人猿下目祖先8号染色体发现了一个新的染色体融合事件，这可能对高等灵长类的创新演化具有重要意义。
“我们研究非人灵长类动物，一方面当然是为了保护它；另一方面，也可以用来探究人类的一些特征。”吴东东告诉记者，比如人类自闭症、精神分裂症等一些大脑疾病的发生，其实跟人类大脑的进化息息相关。因此，解析重构灵长类早期到现代人的整个历程，可更全面地洞悉人类自身。
“基于高质量、大尺度的非人灵长类基因组分析，我们几乎可以推测人身上每一个基础碱基的演化信息。”张国捷说，面对人类的健康、疾病甚至罕见病，灵长类基因组提供了非常多资源，来告诉我们哪个节点出现了变化，为人类特殊性状的起源、发育以及疾病医学研究提供了重要遗传学材料和候选分子靶标。
此外，这些重大科学突破，对灵长类动物多样性保护政策制定、遗传资源的开发和利用具有重要指导和现实意义。
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