19 世紀(jì)，達(dá)爾文提出了進(jìn)化理論。他同時(shí)認(rèn)為，地球上所有生命都在同一棵進(jìn)化樹上彼此相連。這改寫了生物學(xué)發(fā)展的歷史。

自此，生物學(xué)家開始嘗試對(duì)生物和它們之間的親緣關(guān)系進(jìn)行更細(xì)致的分類。

在達(dá)爾文時(shí)代，以及 20 世紀(jì)大部分時(shí)間里，外觀通常是進(jìn)化生物學(xué)家判斷的全部依據(jù)。他們只能通過觀察動(dòng)植物的結(jié)構(gòu)和外觀，來確定生命進(jìn)化樹的各個(gè)分支。

生命形式根據(jù)某些相似性而被分類，這些相似性被認(rèn)為是一起進(jìn)化的產(chǎn)物。比如，人類所屬的靈長(zhǎng)類動(dòng)物曾被認(rèn)為是蝙蝠的近親，因?yàn)槲覀兊墓趋篮湍X都有不少相似之處。

然而，進(jìn)入 21 世紀(jì)后，隨著快速基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，生物學(xué)家現(xiàn)在能夠使用基因（分子）數(shù)據(jù)，來幫助拼湊物種之間的進(jìn)化關(guān)系。DNA 技術(shù)推翻了許多動(dòng)植物原本的 " 家譜 "。

這些新證據(jù)常常證明，我們?cè)?jīng)認(rèn)為密切相關(guān)的生物體實(shí)際上屬于進(jìn)化樹上截然不同的分支。在靈長(zhǎng)類和蝙蝠的例子中，DNA 數(shù)據(jù)現(xiàn)在已經(jīng)將我們歸入了一個(gè) " 大家庭 "，這個(gè) " 大家庭 " 中包括嚙齒動(dòng)物（大鼠和小鼠）和兔子。更令人驚訝的是，蝙蝠與牛、馬甚至犀牛的關(guān)系，比它們與人類的關(guān)系更加密切。

近日，一組科學(xué)家首次將基于形態(tài)學(xué)的進(jìn)化樹與基于分子數(shù)據(jù)的進(jìn)化樹進(jìn)行了比較，并根據(jù)生物的地理位置繪制、分析了它們。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，原先按外觀形態(tài)分類的傳統(tǒng)進(jìn)化樹，很多可能都是錯(cuò)誤的。研究已發(fā)表在《通訊 · 生物》上。

基于形態(tài)的傳統(tǒng)進(jìn)化樹

解剖學(xué)家恩斯特 · 海克爾（1834-1919）是最早繪制進(jìn)化樹的人之一，他試圖表明主要的生命形式群之間的關(guān)系。

海克爾的繪圖對(duì)生物進(jìn)行了精彩的觀察，甚至影響到了 19 和 20 世紀(jì)的藝術(shù)和設(shè)計(jì)。他的系統(tǒng)樹幾乎完全基于這些生物體的外觀和胚胎的發(fā)育情況。

海克爾繪制的進(jìn)化樹。（圖／Ernst Haeckel）

除了外觀，還有一個(gè)重要的證據(jù)是達(dá)爾文和他同時(shí)代的科學(xué)家所熟知的。

達(dá)爾文注意到，那些看起來具有最接近的共同祖先的動(dòng)植物，在地理上經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)聚集在一起。

如今科學(xué)家也認(rèn)同，物種的地理位置是它們相關(guān)性的另一個(gè)強(qiáng)有力的指標(biāo)，也就是說，生活在一起的物種更有可能屬于同一個(gè)系統(tǒng)樹。

DNA 信息揭示出分子樹

大約 30 年前，科學(xué)家開始使用 DNA 數(shù)據(jù)來建立分子樹，它從分子層面揭示了物種之間的關(guān)系。

不少基于 DNA 數(shù)據(jù)的分子樹和經(jīng)典的進(jìn)化樹結(jié)論并不一致，甚至因此改寫了生物教科書。

一個(gè)經(jīng)典的例子是，樹懶和食蟻獸、犰狳、穿山甲和土豚曾經(jīng)被認(rèn)為屬于一個(gè)叫作 " 貧齒動(dòng)物 "（edentate）的群體，因?yàn)樗鼈冊(cè)诮馄蕦W(xué)上有相同之處。

然而，分子樹顯示，這些特征實(shí)際上在哺乳動(dòng)物樹的不同分支中獨(dú)立演化。事實(shí)證明，土豚與大象的親緣關(guān)系更緊密，而穿山甲則與貓和狗的關(guān)系更密切。

那么，外觀形態(tài)、地理位置和遺傳進(jìn)化之間的復(fù)雜關(guān)系究竟是怎樣的呢？

在這項(xiàng)新研究中，團(tuán)隊(duì)首次交叉引用了一系列動(dòng)植物的地理信息、DNA 數(shù)據(jù)和外觀，研究了 48 個(gè)動(dòng)植物群的基于外觀或分子的進(jìn)化樹，其中包括了許多不同種類的生物，從蝙蝠、狗、猴子，到蜥蜴、松樹等等。

他們發(fā)現(xiàn)，與基于外觀的傳統(tǒng)進(jìn)化樹相比，基于 DNA 數(shù)據(jù)的進(jìn)化樹與物種的位置相匹配的可能性高出三分之二。換句話說，按分子樹歸類的生物，通常在地理上生活得也更近，兩者的匹配度更高。

顏色和圖例表示每個(gè)目下的成員在地理上的分布。分子數(shù)比形態(tài)書能更好地將這些顏色組合在一起，這說明分子所展示的分類與生物地理更吻合。（圖／Oyston, J. et al., 2022）

這說明，趨同進(jìn)化（兩個(gè)遺傳上不相關(guān)的生物群獨(dú)立進(jìn)化出同一種特征）比我們先前認(rèn)為的要普遍得多，而僅僅依靠形態(tài)特征的分類很有可能會(huì)帶來錯(cuò)誤的結(jié)論。

進(jìn)化的解決方案

進(jìn)化看上去是在不停地發(fā)明新的解決方案，好像幾乎不存在什么限制，但它的招數(shù)可能比想象的要少。因此，動(dòng)物有可能看上去驚人地相似，只是因?yàn)樗鼈円呀?jīng)進(jìn)化到進(jìn)行類似的工作或者以類似的方式生活。

鳥、蝙蝠和已滅絕的翼龍都有或曾有過用于飛行的骨質(zhì)翅膀，而它們的祖先都有用于行走的前腿。相似的翅膀形狀和肌肉在不同的群體中進(jìn)化了出來，因?yàn)樵诳諝庵挟a(chǎn)生推力和升力的物理學(xué)原理都是一樣的。

這和眼睛的例子異曲同工。眼睛在動(dòng)物中可能已經(jīng)進(jìn)化出了數(shù)十次，而且只有幾種最基本的 " 設(shè)計(jì) "。我們的眼睛和魷魚的眼睛很相似，都有晶狀體、虹膜、視網(wǎng)膜和視覺色素。魷魚與蝸牛、蛞蝓和蛤蜊的親緣關(guān)系比和我們的關(guān)系更近。但它們的許多軟體動(dòng)物近親卻只有最簡(jiǎn)單的眼睛結(jié)構(gòu)。

魷魚的眼睛。（圖／Klaus Stiefel, Flickr, CC BY-ND）

鼴鼠至少有四次進(jìn)化為看不見的洞穴生物，它們發(fā)生在不同大陸，在哺乳動(dòng)物樹的不同分支中。澳大利亞有袋類的鼴（與袋鼠關(guān)系更密切）、非洲金鼴（與土豚關(guān)系更近）、非洲鼴鼠（嚙齒動(dòng)物）以及歐亞和北美鼴鼠（被園丁所喜愛，它們與刺猬關(guān)系比這些其他 " 鼴鼠 " 更近）都沿著類似的路徑進(jìn)化。

重新思考分類

事實(shí)上，分子數(shù)據(jù)相比于形態(tài)學(xué)的優(yōu)勢(shì)還有很多。比如，很多時(shí)候，形態(tài)分類是很主觀的，不同的形態(tài)學(xué)專家對(duì)同一種特征可能會(huì)有不一樣的解讀。但隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，DNA 數(shù)據(jù)或許能夠帶來更客觀的視角。

當(dāng)然，我們對(duì)物種之間關(guān)系的認(rèn)識(shí)從來都不是確定的。新的研究方法日新月異，往往也會(huì)帶來不斷深入的新發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)。