《自然》：鸭嘴兽为什么如此奇特？

环球科学2021-01-16 11:27:400阅

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翻译丨周郅璨

审校丨吴非

鸭嘴兽通常被认为是世界上最奇怪的哺乳动物，它们来自澳大利亚，形如海狸，且表现出一系列奇怪的特征：作为哺乳动物，它们产下的是卵而不是活的幼崽；靠“出汗”分泌乳汁；长有毒刺；甚至有10条性染色体。最近，由哥本哈根大学、华大基因等机构领导的一个国际研究小组对鸭嘴兽的基因组进行了测序，并对鸭嘴兽一些奇怪特征的起源作出了解答。

会产卵但也会分泌乳汁哺育幼崽，没有牙齿，有毒刺，有蹼足，皮毛光亮，有10条性染色体。自从18世纪末欧洲人在澳大利亚发现鸭嘴兽以来，这种奇特的半水生生物一直困扰着研究人员。

现代的研究人员仍在试图弄清楚鸭嘴兽是怎么变得如此独特的。现在，他们的理解有了很大程度的进展。在一项发表于《自然》杂志的最新研究中，一支国际研究小组首次对鸭嘴兽进行了全基因组测序。

“完整的基因组解释了鸭嘴兽的一些奇异特征是如何出现的。同时，解析鸭嘴兽基因组的重要之处在于，它们能提升我们对包括人类在内的其他哺乳动物如何演化的理解。在它们身上，还隐藏着我们和其他真兽类哺乳动物演化成了胎生动物而非卵生的关键。” 这篇论文的通讯作者之一，哥本哈根大学生物系的张国捷教授解释到。

鸭嘴兽是一种古老的单孔哺乳动物，在现代哺乳动物出现之前存在了数百万年。“事实上，鸭嘴兽属于哺乳动物纲，但它们融合了哺乳动物、鸟类和爬行动物的基因。鸭嘴兽保留了许多祖先的原始特征，这可能有助于成功适应其生活的环境。”张国捷说。

鸭嘴兽最不寻常的特征之一是，它们在产卵的同时，也有乳腺用来喂养幼崽，不过不是通过乳头，而是通过它身体的“出汗”分泌乳汁。

卵黄蛋白原基因是一种对产生蛋黄至关重要的基因，在演化过程中，人类失去了所有三个卵黄蛋白原基因，而鸡仍保留有三个该基因。研究表明，鸭嘴兽尽管在大约1.3亿年前失去了其中两个卵黄蛋白原基因，但至今仍携带了另一个。鸭嘴兽能凭借这一仅剩的基因继续产卵，可能是由于鸭嘴兽不像鸟类和爬行动物那样依赖于制造卵黄蛋白，因为它们能为其幼崽产生乳汁。

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在所有其他哺乳动物中，卵黄蛋白原基因已被酪蛋白基因所取代，后者关系到我们产生酪蛋白的能力，而酪蛋白是哺乳动物乳汁中的主要成分。新的研究表明，鸭嘴兽也携带酪蛋白基因，因此它们的乳汁成分与奶牛、人类和其他哺乳动物的非常相似。

张国捷说：“这告诉我们，所有现存哺乳动物的乳汁分泌能力都是由一组相同的基因发展出来的，而这一基因来自于一个生活在超过1.7亿年前的侏罗纪的共同祖先。”

另一个让鸭嘴兽如此独特的特征是，与绝大多数哺乳动物不同，它们没有牙齿。虽然这种单孔动物最邻近的祖先是有牙齿的，但现代的鸭嘴兽只有两个角质板，用来捣碎食物。研究表明，鸭嘴兽大约在1.2亿年前失去了牙齿，当时关系到牙齿发育的8个基因中有4个消失了。

鸭嘴兽的性别决定方式是它们的另一个奇怪之处，这也是研究人员的另一个关注点。人类和所有其他哺乳动物都有两条决定性别的性染色体——X和Y染色体系统，其中XX是雌性，XY是雄性。然而，包括鸭嘴兽在内的单孔动物有10条性染色体——5条Y染色体和5条X染色体。

多亏了近乎完整的染色体水平的基因组，研究人员现在可以提出，单孔动物祖先的这10条性染色体是以环状的形式组织起来的，之后又分裂成许多小的X和Y染色体片段。同时，基因组图谱显示，相对于人类来说，大多数单孔类的性染色体与鸡更为相似。这显示出了哺乳动物和鸟类在演化上的联系。

鸭嘴兽的事实

鸭嘴兽是澳大利亚东部和塔斯马尼亚的特有物种。它是一种受保护物种，被国际自然保护联盟列为近危物种。

鸭嘴兽被认为是哺乳动物的原因是：它们有乳腺，长有毛发，中耳有三块骨头。每种特征都倾向于被定义为哺乳动物。

鸭嘴兽属于哺乳动物的单孔目，之所以这样命名是因为单孔动物使用一个单一的开口来排尿、排便并进行有性生殖。

这种动物十分擅长游泳，大部分时间都在河里捕食昆虫和贝类。

它们独特的喙上布满了电传感器，用来在泥泞的河床中定位猎物。

雄性鸭嘴兽的每一条后腿后面都有一根毒刺，其毒性足以杀死一只狗。毒液会在雄性争夺领地的打斗中释放。

另一项2020年的研究表明鸭嘴兽的皮毛是荧光的。这种动物的棕色皮毛在紫外线下反射出蓝绿色。