大約6億年前，地球上最早的動物誕生了。此後，它們演化出了令人驚歎的多樣性，形成了包括人類在內的數百萬個物種。但是，人類是如何由最原始的動物一步步演化而來的？在拼湊起這個漫長的演化故事之前，首先需要知道我們與其它動物群體的關係。
回顧人類的譜系樹，我們很容易看出我們屬於人科、靈長類和哺乳動物。甚至早在兩千多年前，亞里士多德就已經因為哺乳動物、鳥類、爬行動物、兩棲動物和魚類都擁有脊椎這一共同特徵，將它們歸為一類，即我們所說的脊椎動物。
脊椎動物的起源深藏於動物的生命史之中，最早的脊椎動物化石可以追溯到5億多年前。在過去150年中，關於這些早期化石的研究一直爭議不斷，想要破解這種古老關係非常困難。最近，一篇發表於《科學·進展》的研究提供了一些新見解。
海星長久被認為是人類近親
一個多世紀以來的普遍觀點認為，與人類最親近的無脊椎動物是一個與脊椎動物完全沒有相似之處的群體：棘皮動物，包括海星、海參和海膽。
1908年，奧地利動物學家卡爾·格羅本首次提出了這個觀點。格羅本研究了不同物種最早的胚胎髮育事件（胚胎的第一個細胞是如何分裂的，以及嘴最初是如何形成的），從而將絕大多數動物劃分為兩大分支。他認為，脊椎動物和棘皮動物屬於後口動物，其它無脊椎動物屬於原口動物，包括昆蟲、蚯蚓、軟體動物和線蟲。
長久以來，權威觀點一直認為脊椎動物與棘皮動物關係密切。但最近，透過比較不同動物的DNA，研究者重建了演化的譜系樹，看到了一些意想不到的結果。這些新結論向上述傳統觀點提出了質疑。同時，研究者還在一些原口動物中發現了原本被認為只出現於後口動物胚胎髮育過程的特徵。
這些結果表明，棘皮動物是脊椎動物近親的證據可能比長期以來認為的要弱。
新發現帶來新挑戰
DNA序列的變化記錄了不同動物之間的關係。比較了整個動物王國的基因DNA序列，以重建動物的演化譜系樹。
為了確認DNA資料能否有力地支援脊椎動物和棘皮動物之間的密切關係，研究者研究了只存在於脊椎動物和棘皮動物中，但在其他動物中沒有發現的DNA變化的數量。在這個過程中，任何共同特徵的出現，都將是支援這一密切關係的證據。
在研究者關注的大約5000個不同的基因中，對於其中的70%，原口分支能得到比後口分支更多的獨特變化的支援。這意味著原口分支上動物的DNA有很多共有而區別於其他分支的變化，DNA證據有力地支援了這一點。相比之下，脊椎動物和棘皮動物的密切關係卻沒有充足的證據來證明，它們之間相同的特有DNA變化較少。
接下來研究者嘗試了脊椎動物、棘皮動物和原口動物的不同排列，並用3種方式分別構建演化樹：第一種典型的後口樹認為脊椎動物和棘皮動物是近親；第二種演化樹裡的棘皮動物與原口動物的關係比與脊椎動物的更密切；最後一種的脊椎動物與原口動物的關係比與棘皮動物更密切。
研究者發現對很多基因來說，並沒有大量的DNA變化能夠支援這3種演化樹中的任何一種。在顯示出明顯傾向的基因分析中，只有略超過半數的基因顯示，後口樹成立的可能性比另外兩種可能性更高。結果顯示，脊椎動物、棘皮動物和原口動物這三個分支在很短的時間內就彼此分開了，因此DNA沒有充足的時間形成大量變化。也就是說，現在很難判斷與這些群體相關的這三種演化樹中，哪一種才是正確的。
兩支後口動物演化速率慢
為什麼以往的大多數DNA研究都支援後口樹，而新的實驗卻表明這種樹與另外兩種幾乎沒有區別？研究者想要知道，當不同的分支以不同的速度演化時，分析過程是否會更容易產生錯誤。
為了找到答案，研究者利用計算機模擬了每個場景中DNA的演化過程，從一個代表祖先動物的隨機合成的DNA序列開始。這三種演化樹都顯示，這個DNA序列可以透過積累變異實現演化。
當研究者根據後口樹進行模擬時，總能正確地構建這棵樹；但在模擬其他兩棵樹的資料時，結果並不總是正確，錯誤不時會發生。當研究者增加不同群體演化速率的差異時，這種錯誤就愈發頻繁。
這一結果表明，在真實的DNA資料中可能存在錯誤，然而即使出現錯誤，研究者也能重建後口樹。這一錯誤的原因可能是兩支後口動物（脊椎動物和棘皮動物）的演化速率比其他分支慢。這使得它們彼此之間的相似度看起來比它們與原口動物的相似度更高，即便它們實際上並不是近親。
於是研究者得出結論：一個多世紀以來，教科書中脊椎動物和棘皮動物關係密切的觀點可能是錯誤的。這個演化問題很難解決，並且脊椎動物與蝸牛和蒼蠅的關係可能都比與海星的關係更為密切。
（馬克斯·特爾福德、帕斯查利亞·卡普利撰文，張乃欣翻譯，據《環球科學》）
來源： 科技日報
