破解鱿鱼和乌贼起源之谜中国科学报

鱿鱼和乌贼是海洋中最迷人的动物之一，统称为头足纲十腕类。数十年来，科学家一直试图弄清这些奇特生物的演化历程，但进展缓慢，原因是它们的化石记录有限，且基因组十分复杂。

3月30日发表于《自然-生态与演化》的一项研究，将大规模基因组数据集与3个新测序的鱿鱼基因组相结合，揭示出一种“长引信”演化模式，解释了鱿鱼和乌贼是如何演化成如今所见的多样化类群的。

论文第一兼通讯作者、日本冲绳科学技术大学院大学的Gustavo Sanchez表示：“关于鱿鱼和乌贼的起源问题，许多研究团队基于不同形态特征和分子数据提出过各种演化假说。有了新的基因组信息，我们终于解开了围绕其起源的部分谜团。”

鱿鱼和乌贼生活在从深海到浅海沿岸的等各种环境中。尽管种类繁多，它们大多共有一个特征——内壳。这一结构形态差异极大，如乌贼是圆润的海螵蛸，许多鱿鱼是薄如刀片的角质壳，旋壳乌贼带有螺旋形壳，部分浅海物种甚至完全失去了壳。

厘清这些不同形态之间的亲缘关系并非易事。Sanchez解释道：“早期对十腕类演化的推断所用数据集分辨率有限，容易产生偏差信号，掩盖了不同物种间的真实亲缘关系。如今，全基因组数据能更清晰、一致地展现这些动物的演化历程。”

鱿鱼乌贼基因组通常是人类基因组的两倍大，需要先进技术和强大算力才能分析。获取合适样本也很困难，因为需要鲜活DNA，而许多物种生活在偏远或难以抵达的栖息地。研究团队基于几乎所有主要类群的基因组序列，构建了首个头足纲十腕类的演化树。

这一成果得益于一项历时5年的全球合作，其中包括英国惠康桑格研究所资助的水生共生基因组项目。“多年来，我们持续测序基因组，但仍存在几个关键缺口。在这项研究里，我们终于补上了这些缺失的拼图。”Sanchez说。

其中一个重要物种是稀有的旋壳乌贼，它奇特的内壳长期困扰着科学家。“过去，旋壳乌贼的壳结构让一些研究者错误地认为它和乌贼亲缘很近。”论文作者、西班牙海洋研究所的Fernando á. Fernández-álvarez说，“我相信，这个基因组能填补关键缺口，为更广泛的头足类演化问题带来清晰答案。”

结合基因组数据与化石证据，研究人员重建了鱿鱼和乌贼演化的时间线与环境背景。“我们的分析显示，这类动物起源于深海，如今旋壳乌贼等物种仍生活在这一环境中。”Sanchez说。

研究表明，主要的十腕类约在1亿年前的白垩纪中期首次分化。之后约6600万年前，白垩纪-古近纪大灭绝导致地球上约3/4的物种消失，包括恐龙。尽管遭遇这场灾难，鱿鱼的祖先却存活了下来。

科学家认为，这些早期头足纲在深海中少量富氧的小区域找到了避难所。Sanchez解释：“海面环境对头足纲来说极为恶劣，那段时期沿岸几乎没有合适的富氧栖息地。浅海强烈的海洋酸化也可能腐蚀它们的外壳，因此这类结构在整个演化史中得以保留，恰恰证明它们起源于更深的海洋。”

随着地球环境恢复，珊瑚礁逐渐重现，形成了新的浅海生态系统。许多鱿鱼和乌贼支系随后向这些环境扩张。“白垩纪初期类群分化后，数千万年间分支并不多。但在灭绝后的恢复期，物种突然快速多样化，以适应不断变化的新生态系统。这就是典型的‘长引信’模式——一段长期变化有限的时期后，多样性爆发。”Sanchez说。

这项工作为未来研究鱿鱼和乌贼的独特性状打下了坚实基础。论文共同通讯作者、美国加州大学伯克利分校的Daniel Rokhsar表示：“有了这些基因组和清晰的演化关系，我们就能进行有意义的比较，揭示与头足纲重大进化相关的分子变化——从新型器官、动态伪装，到支撑其非凡行为的复杂神经系统。”