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根据一项新研究，今天的许多海洋无脊椎动物，包括海绵和水母，它们的染色体具有与6亿多年前从原始祖先那里继承下来的古老结构。这一惊奇的发现提醒我们，进化是保守的--它保留了运作良好的东西，比如染色体上的基因组织--并且提供了今天活着的生物，包括人类，和我们非常遥远的祖先之间的一个关键联系。
该研究的资深作者、加州大学伯克利分校分子和细胞生物学系的马特拉-福斯凯特-布朗讲座教授Daniel Rokhsar说：“它强调，即使在像染色体这样基本的东西上，不同的动物也彼此相似。这就是为什么我们可以从研究果蝇、线虫、水母和其他‘简单’模型系统中学习到如此多的人类生物学知识的原因之一--这是因为所有动物的基本统一性。我们对动物多样性的学习会影响我们对自己的思考。”
该研究结果发表在《
科学进展
》杂志上。新的分析预测，第一批多细胞动物在29对古老的染色体单元中携带其基因。
地下供卵
随着第一批动物在海洋中出现并演化成多样化的无脊椎动物，从海绵到蠕虫再到人类，这些染色体中有许多在5亿年中保持完整。作为比较，人类现在有23对染色体，总共46条，是自最早的动物以来两次复制和多次合并以及染色体重排的结果。
这项研究由Rokhsar和奥地利维也纳大学的Oleg Simakov领导，是第一次比较来自不同动物的基因的染色体位置，如海绵、水母、海扇和其他水生无脊椎动物，从而可以推断出祖先的组织并研究染色体组织的罕见变化。虽然这种分析已经对果蝇和许多脊椎动物（包括人类）进行了分析，但直到最近才确定了各种无脊椎动物的染色体尺度的基因组。
进化是保守的
由于越来越先进的技术可以识别哪些基因在染色体蜷缩，科学家在过去几年中已经开始将基因分配给几种无脊椎动物的染色体。佛罗里达文昌鱼，Branchiostoma floridae，一种娇小的的海洋生物；扇贝，Patinopecten yessoensis；淡水海绵，Ephydatia muelleri；以及火水母，Rhopilema esculentum，一种刺胞动物。Rokhsar、Simakov和他们的团队通过确定第五种动物的染色体序列，即水螅（Hydra vulgaris），，扩展了这一集合。
“我们发现的是显著的。如果你把这五个物种相互比较，你会发现有广泛的保护；在许多情况下，整个染色体或大块的染色体一直在一起。”他说：“海绵中的整条染色体可能对应于水母中的一条染色体。它们的组织方式并不完全相同--在不同的物种中，基因的顺序不同--但是在，一个染色体的行为就像一个基因袋，从前寒武纪的动物生命开始，就一直保持着它的完整性。”
另外，可能有一些未知的原因，为什么一组基因必须保持在一起。一个著名的例子是Hox基因，它决定了动物胚胎的哪一端形成头部，哪一端形成尾部，以及两者之间的所有分级。在大多数无脊椎动物中，这些基因都聚集在一条染色体上，这种聚集对它们在发育过程中的部署很重要。然而，这些基因的功能集群可能是一个例外，目前还没有证据表明最近的研究中发现的集群在功能上有关联，Rokhsar说。
染色体的简单保存止于无脊椎动物，因为在脊椎动物进化的早期，整个基因组在导致有颌脊椎动物的世系中被复制了两次，这个群体包括哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物和大多数鱼类。在这些大规模复制的过程中，一系列的染色体重组形成了最早的有颌脊椎动物的基因组，最终产生了人类。然而，通过追踪最早的脊椎动物进化过程中从一个染色体转移到另一个染色体的基因组，Rokhsar和合作者能够跨越脊椎动物和反脊椎动物的鸿沟，将最早的动物染色体与当代脊椎动物的染色体连接起来。
“其中一件很酷的事情是，一旦我们推断出这些古老的原染色体并在生命树上组织它们，那么我们就可以进行预测。”他说：“如果你去对其他一些基因组进行测序，我们预测你将不可避免地发现这些基因在同一染色体上混在一起。与物理学或化学不同，你通常不能在生物学中进行这种预测。但是现在，从某种意义上说，我们从这种比较中知道了一些关于几乎所有动物基因组的情况。”
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