进化生物学家多年来一直在争论哪种动物谱系最先出现——是海绵还是栉水母。这个答案可能会改变科学家对人类神经系统、消化系统和其他复杂特征进化的理解。
3月16日发表在《当代生物学》上的一项研究中，作者使用前所未有的遗传数据阵列来推断海绵是最早从动物生命之树上分支出来的1。海绵是简单的生物，没有头、神经和内脏，因此这个结论在直觉上是合理的。但一些研究人员警告说，大数据不一定会带来更好的答案。
“他们拥有一个庞大的数据集，但这几乎肯定不是最终结论，”德克萨斯大学奥斯汀分校的进化生物学家大卫·希利斯（David Hillis）说，他没有参与该项目。“这是一个非常难以解决的问题。”
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回顾过去6亿年的转变是困难的。似乎每种动物都起源于树根附近的五个分支中的一个。但这五个群体今天的样子截然不同。有海绵、栉水母、刺胞动物（包括海葵、珊瑚和水母）、双侧对称动物（如人类和蛤蜊）以及被称为扁盘动物的鲜为人知的微观蠕虫。
分支之战
在过去的大部分时间里，动物学家根据他们对简单和复杂的判断来排列这些分支。海绵位于最底部的分支，而双侧对称动物位于较高的位置。但在2008年，发表在《自然》杂志上的一项基因分析将栉水母置于进化树的根部附近，而不是海绵2。
这种排列方式令进化生物学家感到不安，因为它颠覆了动物复杂性随着时间推移而增加的观点。这意味着神经和其他特征在不同的谱系中独立进化，随后在海绵中消失。从那时起，研究支持或反驳了这种重新排列，但都受到问题的困扰。
在最近的研究中1，作者试图解决基于DNA比较构建进化树的最大挑战之一。一些基因组的进化速度快于其他基因组，来自不相关动物的快速进化基因组可能会收敛到相似的序列。“由于偶然，谱系积累的遗传相似性不是由于共同的历史，而是由于随机变化，”巴黎塞纳生物研究所的进化生物学家、该研究的资深作者米歇尔·曼努埃尔（Michaël Manuel）解释道。
这个问题被称为长枝吸引，因为数学模型将基因变化描述为它们产生的图表上分支的额外长度。长枝可能会因这些趋同而聚集在树上，或者因为它们的基因序列与树中的其他序列截然不同。无论哪种方式，这种聚类都表明两个谱系是相关的，而实际上并非如此。曼努埃尔怀疑，像真菌这样的非动物的长枝吸引了栉水母谱系，因为由于未知的原因，栉水母基因组随着时间的推移积累了异常多的变化。
反复无常
为了避开这种长枝吸引，曼努埃尔和他的同事分析了来自前所未有的物种范围的1719个基因。它需要来自加拿大、德国、比利时和法国的计算能力来处理这些数字。该团队还测试了几个解释生物现象的数学模型，包括某些基因变化比其他基因变化更有可能发生的事实。他们选择了一个名为CAT的模型，部分原因在于它如何很好地重现了已经确认的动物树的片段。
CAT模型的结果将海绵置于动物家谱的最早分支上。该团队使用的一些其他模型将栉水母放在了基部。“结果随着不同模型的变化而反复无常是一个不好的迹象，”没有参与这项工作的希利斯说。
罗德岛普罗维登斯的布朗大学的进化生物学家凯西·邓恩（Casey Dunn）也同意这一点，他也没有参与这项研究。“不幸的是，这告诉我们，添加更多的物种数据并没有推动解决这个问题。”
希利斯建议，未来生物学家应该探索不易受长枝吸引的基因组数据，因为随机趋同的可能性较低。例如，基因很少插入到其他基因中，但这种情况会发生。希利斯承认找到解决方案并非易事。“但这棵树真的很重要，”他说。“它改变了我们对进化中发生重大事件的理解。”
本文经许可转载，并于2017年3月24日首次发表。