为了观察生命的演变，科学家通常转向化石记录，但是该记录通常是不完整的。冲绳科技大学研究生院(OIST)的研究人员与国际合作者团队一起，使用了另一种工具-活体动物的染色体-来揭示有关我们过去的线索。这项发表在《自然生态与进化》上的研究揭示了脊椎动物进化的早期事件，包括有颚脊椎动物如何通过两种原始鱼类之间的杂交而产生的。

OIST分子遗传学系负责人Daniel Rokhsar教授说：“令人惊奇的是，尽管这些事件发生在大约50亿年前，但我们可以通过今天的DNA来查明它们。”

阅读我们基因中的故事

染色体是携带生物体遗传物质的微小结构。它们通常成对出现，每个父母都继承了一个。虽然人类有23对，但这个数目因物种而异。

研究发现，即使在数亿年的历史中，染色体也可能出奇地稳定。尽管发生了突变和重排，但是现代动物的染色体彼此之间有着惊人的相似性。

罗克萨尔教授说：“我们可以利用这些相似性来追溯我们的进化并从远古时代推断生物学，如果在两个非常不同的动物(例如蜗牛和海星)的同一条染色体上携带一组基因， -那么这些基因也可能在它们的最后共同祖先的同一条染色体上在一起。”

两位前OIST博士后学者，现在在维也纳大学的Oleg Simakov教授和现在在伦敦大学学院的FerdinandMarlétaz博士领导了这项研究，该研究将小型海洋无脊椎动物Amphioxus的染色体与其他动物的染色体进行了比较。 ，包括软体动物，哺乳动物，鸟类，青蛙，鱼类和七lamp鳗。

在考虑了少数重排之后，他们得出结论：文昌鱼的染色体类似于早已灭绝的早期脊椎动物祖先的染色体，并证实存在17个古代染色体单元。研究人员随后追踪了活着的脊椎动物中这些古老染色体的进化。

罗克萨尔教授说：“重建祖先的染色体是使我们解开脊椎动物早期进化的若干难题的关键。”

复制和消失

困惑的重点是被称为“基因组重复”的现象。1970年代，遗传学家Susumu Ohno提出，相对于无脊椎动物的祖先，脊椎动物的基因组增加了一倍，甚至可能增加了一倍。基因组学研究已经证实并完善了这一建议，但是仍然存在关于倍增的次数以及发生的方式和时间的争论。

挑战的一部分是重复的基因组会迅速变化，而这些变化可能会使重复本身模糊不清。尽管基因组翻倍是从每个基因的冗余拷贝开始的，但这些多余拷贝中的大多数会因突变而失活，并最终丢失。双倍的染色体本身也可能变得混乱。

研究人员使用17对祖先染色体对作为古代锚点，得出的结论是，有两个单独的基因组倍增实例。

所有活着的脊椎动物都共享第一个副本-包括人类，鸟类，鱼类和青蛙在内的有颌脊椎动物，以及无颌七爪鱼及其亲属。研究人员推断，这种最古老的复制发生在大约五亿年前，大约在最早的脊椎动物化石出现的同时。

第二次重复仅由有颌脊椎动物共享。研究人员发现，与第一次事件不同，第二次加倍后的基因丢失在两组染色体拷贝中不均匀地发生，这是一个令人惊讶但有用的功能。

Rokhsar教授说：“这种不均匀的基因丢失是两个物种杂交后基因组重复的标志。”

通常，两个不同物种的杂交后代是不育的，部分原因是来自两个亲本的染色体没有适当地协调。但偶尔，在某些鱼类，青蛙和植物中，杂交基因组会加倍以恢复染色体配对。产生的后代的染色体比不配对的父母多两倍-而且通常更有活力。这项新研究出乎意料地发现，这种杂交加倍发生在我们的远古祖先中。

Rokhsar教授说：“超过4.5亿年前，两种不同的鱼类交配，并在此过程中产生了一个新的杂种，其染色体数量是其两倍。这种新的物种将成为所有有颚动物的祖先- -包括我们!”