科技日報記者?趙漢斌

編者按?人類是如何起源的？社會行為是如何形成的？聰明的大腦是如何演化而來的……在解答關于人類的重要謎題時，科學家把目光投向人類的“近親”—非人靈長類動物。6月2日，11篇關于非人靈長類動物起源和演化的論文齊發，讓人類離破解謎題更近一步。

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非人靈長類動物是人類的近親，也是研究人類復雜性狀起源與進化的關鍵類群。

隨著分子生物學的發展，近年來人們已經有能力通過基因研究來回答靈長類動物和人類獨特的身體結構特征演變的相關問題，但研究進展緩慢。

“為了填補靈長類遺傳資源和進化生物學機制方面的不足，我們在2018年攜手國內外多家科研單位，發起靈長類基因組計劃（PGP）。”該計劃發起人、中國科學院昆明動物研究所研究員吳東東告訴科技日報記者。

幾年來，圍繞靈長類大尺度比較基因組學和復雜性狀演化、基因組多樣性、社會系統復雜性、物種形成、疾病變異位點演化等重大科學問題，聯合研究團隊開展了系列原創性研究，并取得了重大成果。11篇重磅論文于6月2日發表在《科學》《科學·進展》《自然·生態與演化》等國際期刊上。

挑戰中，靈長類基因組計劃聯盟應時而生

作為靈長類中的一員，人類一直關注著非人靈長類動物的起源和演化。靈長目是哺乳動物中種類最豐富的類群之一，包括16科82屬520余種，僅次于翼手目和嚙齒目，且目前依然有新物種不斷被發現。

幾乎所有靈長類動物都是重點保護動物，像長臂猿、滇金絲猴等都是生物多樣性保護的旗艦物種，但目前，全球靈長類物種豐富度和群體數量正遭受前所未有的嚴峻挑戰。

“作為實驗動物，非人靈長類是連接基礎研究和臨床的非常關鍵的橋梁。”吳東東說，解析和重構靈長類祖先到現代人類進化過程中的基因組變異圖譜，是理解人類進化生物學不可或缺的一部分，也是該領域研究的熱點問題。

“非人類靈長類動物在生物學、演化學、藥理學等領域中扮演著重要的角色，但520多個物種中，僅有不到10%的參考基因組得到測序和解讀。”浙江大學生命演化研究中心教授張國捷說，測序進展緩慢大大限制了人們對非人靈長類動物的基因組演化、適應性演化以及分子生物學方面的深入探究，這需要協作與創新。

基于此，2018年，吳東東等人發起的靈長類基因組計劃吸引了眾多國內外同行響應和參與，除了吳東東團隊和張國捷團隊，西北大學生命科學學院齊曉光教授團隊、云南大學生命科學學院于黎研究員團隊等國內團隊，以及來自西班牙、美國、丹麥、德國的團隊紛紛加入，結成聯盟。

“聯盟最大的亮點是我們產生基礎數據并擁有所有權，但數據又是公開的，全球科學界可共享。聯盟成員有各自感興趣的問題，獨立開展工作，同時又有協作。”吳東東說，他們的終極目標是把520多種靈長類動物的基因組數據都采集到，雖然這不是件容易的事。

聯盟成立以來，克服了數據龐大、算力不足、疫情中樣本采集難等重重難題，調用全國范圍內的5個超算中心，新產生了來自11個科26個屬27個靈長類物種的高質量參考基因組，同時整合另外23個物種已公布的參考基因組，開展了迄今為止規模最大、物種最全的靈長類比較基因組學研究。

砥礪中，揭示靈長類起源與演化史

人類屬于簡鼻亞目中的狹鼻類，與黑猩猩、紅毛猩猩、大猩猩等大猿的親緣關系較近。如此豐富多樣的靈長類動物是從何時起源的？它們的演化又受到過哪些影響？猴是怎么變為猿，猿又是怎么變為人的？

基于50個靈長類動物物種的高質量基因組數據，吳東東、張國捷、齊曉光、于黎等人開始了破譯靈長類動物起源與演化謎題的新征程。

“通過構建現生靈長類全基因組水平系統發育樹和分子鐘，我們發現靈長類最近共同祖先出現在距今約6495萬年至6829萬年前。”吳東東說，這一區間與我們熟知的白堊紀—第三紀恐龍等生物大滅絕事件重疊，提示靈長類早期可能受這一事件的影響。

“過去所理解的物種起源過程，是一種‘二叉樹’式的，就是由一個物種分化成兩個物種的模式，新研究也校正了這一觀點。”張國捷告訴記者，此番研究還有一項重要成果，就是首次發現在獼猴類群中存在跨物種的親密交流，甚至雜交產生一個新的物種。于黎教授團隊此次就揭示了黔金絲猴的雜交起源問題。

靈長類的染色體演化經歷了哪些歷程？猴子有尾巴而猿類怎么沒有？靈長類各種性狀演化如何“投射”到基因組變化上……這些無一不是令人著迷的問題，研究團隊在這些問題上都取得了突破。

不僅如此，研究團隊還發現和解析了靈長類艾滋病疾病模型的機制，打破了制約艾滋病研究的關鍵瓶頸。

聯盟組團，形成了集約優勢，產生了重大突破。

6月2日，與《基因組學分析提供了對靈長類演化的洞見》論文一道，共有8篇聯盟成員的論文以專刊形式發表在《科學》期刊上；此外，同日還有2篇論文發表在《科學·進展》，1篇發表在《自然·生態與演化》上。

創新中，厚植人類未來發展之基

由于這次的最新研究采用了更多染色體級別的原猴物種進行研究，基因測序的組裝質量非常高，彌補了過去數據不足導致結果偏差的缺憾。

通過對不同靈長類演化支系的系統生物學比較，研究團隊還發現了數以千計的支系特異性基因組變異，這些變異與靈長類不同支系的特殊功能和表型演化有關，例如靈長類動物大腦、體型、骨骼、感官、食性等復雜性狀的演化。

“以大腦為例，傳統認知認為，在成為智人之后，人的腦容量才慢慢變大，其實不然。”張國捷告訴記者，他們找到了眾多相關基因證據，證明在漫長的演化過程中，靈長類動物大腦體積的變化非常顯著。而腦容量增大與這些動物的智力水平相關，同時也反映了它們在演化中適應環境的能力。

研究團隊重構了從靈長類共同祖先到現代人類基因組的染色體結構，發現靈長類祖先和現代人類具有保守的核型特征。但他們在類人猿下目祖先8號染色體發現了一個新的染色體融合事件，這可能對高等靈長類的創新演化具有重要意義。

“我們研究非人靈長類動物，一方面當然是為了保護它；另一方面，也可以用來探究人類的一些特征。”吳東東告訴記者，比如人類自閉癥、精神分裂癥等一些大腦疾病的發生，其實跟人類大腦的進化息息相關。因此，解析重構靈長類早期到現代人的整個歷程，可更全面地洞悉人類自身。

“基于高質量、大尺度的非人靈長類基因組分析，我們幾乎可以推測人身上每一個基礎堿基的演化信息。”張國捷說，面對人類的健康、疾病甚至罕見病，靈長類基因組提供了非常多資源，來告訴我們哪個節點出現了變化，為人類特殊性狀的起源、發育以及疾病醫學研究提供了重要遺傳學材料和候選分子靶標。

此外，這些重大科學突破，對靈長類動物多樣性保護政策制定、遺傳資源的開發和利用具有重要指導和現實意義。

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