聚焦泥蛇：研究揭示了东南亚神秘蛇类家族的进化秘密 _泥蛇

东南亚的一种泥蛇，Enhydris enhydris 。署名:Kenneth Chin
据堪萨斯大学：堪萨斯大学对东南亚一群不为人知但独特的“泥蛇”进行了一项新的基因组调查，改写了这个名为Homalopsidae的家族的进化史。这些结果刚刚发表在《系统生物学家协会公报》上。
各种泥蛇可以栖息在淡水、半咸水或咸水的沿海和内陆地区，大多白天睡觉，晚上大嚼鱼和甲壳类动物。现在，他们也吸引了两代库大学的研究人员。
主要作者贾斯汀·伯恩斯坦(Justin Bernstein)是KU基因组学中心的博士后研究员，他进行的新的DNA驱动的调查是系统学的一个例子:研究物种如何进化以及它们之间的关系。
它建立在1970年由Ko Ko Gyi在没有DNA分析的情况下对泥蛇进行的“不朽”研究的基础上。Gyi是一位来自缅甸的有前途的进化生物学家，他在联合国教育、科学及文化组织为期三年的奖学金期间，在库自然历史博物馆的两栖爬行动物部进行研究。
伯恩斯坦说:“我们的新论文着眼于泥蛇的进化关系和历史，这些蛇主要分布在南亚、东南亚、澳大利亚和新几内亚，但对它们的研究非常少。”“尽管几十年的努力，包括Gyi的努力，我们对它们了解不多，因为它们很难找到。它们是喜欢泥泞环境的水栖蛇。它们是夜行动物。很少有人研究过它们的进化。”
伯恩斯坦和他的合著者利用基因组学揭示了泥蛇的进化史，方法是将旧博物馆标本的线粒体DNA遗传分析与最近实地收集的新遗传样本相结合(这允许更高分辨率的分子分析——他们使用了每个基因组中4800个核位点的数据) 。
伯恩斯坦说:“如果你有一只死了几天的动物，从那个组织中提取DNA，它会被降解——它不会是高质量的，这会干扰我们的结果。”
“这意味着我们要么不能分析它，要么结果可能有点奇怪，我们不能相信它们。但是这种从自然历史博物馆的旧标本中获取DNA的想法在过去的十年里确实越来越多。虽然DNA被降解了，但在过去的10年里，已经有了从自然历史收藏中超过100年的旧标本中获取高质量DNA的方案。”
研究人员使用来自这些博物馆标本样本的线粒体数据来填补知识空白，以获得更准确的畸形科生物地理学历史。结合最近标本的DNA样本，他们重建了最全面的畸形科关系家谱，显示了哪些物种从共同的祖先分支，以及大致何时分支。
伯恩斯坦的合著者是印度科学研究所的雨果·德·索萨和卡蒂克·尚克尔；芝加哥菲尔德博物馆的约翰·墨菲、哈罗德·沃利斯和萨拉·鲁恩；克莱姆森大学和加州科学院的爱德华·迈尔斯；怀俄明大学和美国自然历史博物馆的肖恩·哈灵顿；以及哈佛大学生物多样性研究所和自然历史博物馆的负责人、生态学和进化生物学教授Rafe Brown 。
“继Gyi的开创性和基础性工作之后， Justin已经能够利用一项技术突破，我们现在称之为‘博物馆学’——对降解的DNA进行提取和测序，甚至是从几十到几百年前保存的非常古老的福尔马林保存的标本中提取和测序， ”Brown说，他是Rutgers大学Bernstein博士委员会的“外部”成员。
“显然，高度降解的DNA的质量是可变的，但新的基因组测序技术、生物信息学工具和博物馆生物学家的勤奋研究已经开发出了重建一个多世纪前保存的标本的高度片段化基因组的最佳实践。贾斯汀成功地利用了这些新的最先进的工具，但也带来了他自己的研究“完整的循环”，历史性地跟进了Gyi的工作
这篇新论文表明，一个关于泥蛇的长期观念是不正确的。多年来，科学家(包括伯恩斯坦)认为，冰河期海平面的波动可能起到了“物种泵”的作用，推动了泥蛇的多样化。事实上，许多地区的生物多样性可以追溯到海平面的上升和下降。但是这篇新论文显示，“更新世海平面的变化和栖息地的特殊性并不是导致畸形科现存物种丰富的主要原因。”
相反，伯恩斯坦和他的同事认为，泥蛇物种丰富性更可能的驱动因素发生在大约2000万年前的渐新世，当时东南亚滑动的构造板块和移动的河流可能会在泥蛇群体之间反复切断和重建基因流，从而推动多样化。
伯恩斯坦说:“虽然我们永远无法证明究竟发生了什么，引发了泥蛇的多样化，但我们可以排除或拒绝一些先前阐明的假设。”“因为我们在更新世海平面波动前1500-2000万年发现了强有力的统计支持，我们需要寻找替代性的解释，或解释生物多样性产生的新方法。”
伯恩斯坦和布朗很快指出了50年前吉伊对泥蛇的开创性工作，他的工作不仅出现在新的论文中，而且有几个想法被后来的DNA测试所证实。
“Gyi在50多年前完成了一项关于这一群蛇的不朽工作，并且没有得益于分子分析，”Brown说。
“就其本身而言，这是一项相当大的成就——他的工作在当时是彻底全面的，他真正利用了大多数可用的技术，例如对这一神秘蛇类群体中所有物种的头骨进行详细的X射线检查，他在1970年的专著中彻底研究了泥蛇的进化关系‘从0到60’ 。”
“我知道他的顾问，已故的比尔·杜尔曼，在得知吉在离开古阿姆后不久就意外地在缅甸去世时，伤心欲绝。但是，即使在今天，我们仍然在这里重温和庆祝高古吉的独特贡献，他的工作由菲尔德自然历史博物馆的研究人员约翰·墨菲和哈罗德·k·沃利斯继续进行，现在由贾斯汀·伯恩斯坦继续进行。