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游客發(fā)表
最新的鳥類家譜發(fā)表在《自然》雜志上，描繪了363種鳥類之間9300萬年的工具進化關系。來源：uux.cn《自然》雜志
（神秘的促進地球uux.cn）據(jù)加州大學圣地亞哥分校：一個國際科學家團隊建立了迄今為止最大、最詳細的和改鳥類家譜，這是鳥類一張復雜的圖表，描繪了363種鳥類之間9300萬年的計算進的家譜建進化關系，占所有鳥類家族的工具92%。
這一進步之所以成為可能，促進很大程度上要歸功于加州大學圣地亞哥分校工程師開發(fā)的和改尖端計算方法，以及該校圣地亞哥超級計算機中心最先進的鳥類超級計算資源。這些技術使研究人員能夠高精度、計算進的家譜建快速地分析大量的工具基因組數(shù)據(jù)，為構建有史以來最全面的促進鳥類家譜奠定了基礎。
4月1日發(fā)表在《自然》雜志和《美國國家科學院院刊》上的和改兩篇補充論文詳細介紹了這一進展。《自然》雜志報道了最新的鳥類家譜，揭示了6600萬年前恐龍滅絕的災難性大滅絕事件后鳥類進化史上的模式。
研究人員觀察到，早期鳥類的有效種群規(guī)模、替代率和相對大腦大小急劇增加，這為這一關鍵事件后推動鳥類多樣化的適應機制提供了新的線索。在發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上的配套論文中，研究人員仔細檢查了新家譜的一個分支，發(fā)現(xiàn)火烈鳥和鴿子的親緣關系比之前的全基因組分析顯示的要遠。
這項工作是鳥類10000基因組（B10K）項目的一部分，該項目由哥本哈根大學、浙江大學和加州大學圣地亞哥分校領導，旨在為約10500種現(xiàn)存鳥類生成基因組序列草案。
“我們的目標是重建所有鳥類的整個進化史，”加州大學圣地亞哥雅各布工程學院電氣和計算機工程教授Siavash Mirarab說，他是《自然》論文的共同高級作者，也是《美國國家科學院院刊》論文的第一作者和共同通訊作者。
拼湊過去
這些研究的核心是一套被稱為ASTRAL的算法，Mirarab的實驗室開發(fā)了該算法，以前所未有的可擴展性、準確性和速度推斷進化關系。通過利用這些算法的力量，該團隊整合了來自60000多個基因組區(qū)域的基因組數(shù)據(jù)，為他們的分析提供了堅實的統(tǒng)計基礎。
研究人員隨后檢查了整個基因組中單個片段的進化史。從那里，他們拼湊出一個基因樹的馬賽克，然后將其匯編成一個綜合物種樹。這種細致的方法使研究人員能夠構建一個新的、改進的鳥類家譜，即使在歷史不確定的情況下，也能以驚人的精度和細節(jié)描繪復雜的分支事件。
米拉拉布說：“我們發(fā)現(xiàn)，為了解決鳥類之間的進化關系，我們在分析中添加數(shù)萬個基因的方法實際上是必要的。”。“你真的需要所有的基因組數(shù)據(jù)來高度自信地恢復6500萬至6700萬年前這段時間發(fā)生的事情。”
該團隊之所以能夠在大規(guī)模數(shù)據(jù)集上進行這些分析，是因為Mirarab的實驗室設計了在強大的GPU機器上運行的計算方法。他們在加州大學圣地亞哥分校圣地亞哥超級計算機的“Expanse”超級計算機上進行計算。
米拉拉布說：“我們很幸運能夠使用這樣一臺高端超級計算機。”。“如果沒有Expanse，我們將無法在合理的時間內(nèi)在如此大的數(shù)據(jù)集上運行和重新運行我們的分析。”
研究人員還研究了不同基因組采樣方法對該樹準確性的影響。他們表明，兩種策略——對每個物種的許多基因進行測序，以及對許多物種進行測序——結合在一起對重建這一進化史很重要。
哥本哈根大學生物學教授、《自然》論文的主要作者Josefin Stiller說：“因為我們混合使用了這兩種策略，我們可以測試哪種方法對系統(tǒng)發(fā)育重建有更強的影響。”。
“我們發(fā)現(xiàn)，從每個生物體中提取許多基因序列比從更廣泛的物種中提取更重要，盡管后一種方法有助于我們確定不同群體的進化時間。”
糾正過去
在他們先進的計算方法的幫助下，研究人員還能夠揭示他們在之前的一項研究中發(fā)現(xiàn)的一些不尋常的東西：鳥類基因組中一條染色體的特定部分數(shù)百萬年來一直保持不變，沒有預期的基因重組模式。
這種異常現(xiàn)象最初導致研究人員錯誤地將火烈鳥和鴿子歸類為進化上的近親，因為基于這一不變的DNA片段，它們看起來關系密切。這是因為他們之前的分析是基于48種鳥類的基因組。
但通過使用363個物種的基因組重復他們的分析，出現(xiàn)了一個更準確的家譜，使鴿子與火烈鳥的距離更遠。此外，Mirarab及其同事利用由洛克菲勒大學神經(jīng)生物學教授、合著者Erich Jarvis領導的脊椎動物基因組計劃（VGP）提供的六個高質(zhì)量基因組，能夠檢測到并推定解釋這種令人驚訝的模式。
“令人驚訝的是，這段被抑制的重組期可能會誤導分析，”佛羅里達大學生物學教授、美國國家科學院院刊論文的共同通訊作者愛德華·布勞恩說。“因為它可能會誤導分析，所以在未來6000多萬年內(nèi)，它實際上是可以檢測到的。這是最酷的部分。”
接下來的步驟
這項工作的影響遠遠超出了研究鳥類進化史的范圍。Mirarab實驗室開創(chuàng)的計算方法已成為重建各種其他動物進化樹的標準工具之一。
接下來，該團隊將繼續(xù)努力構建一幅完整的鳥類進化圖。生物學家正在對其他鳥類的基因組進行測序，希望將家譜擴大到包括數(shù)千個鳥類屬。
與此同時，Mirarab領導的計算科學家正在完善他們的算法，以適應更大的數(shù)據(jù)集，以確保未來研究中的分析能夠高速準確地進行。
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