发表在的一项研究自然生态与进化冲绳科学技术研究所 (OIST) 的研究人员将大型基因组数据集与三个新测序的鱿鱼基因组结合起来。这项工作揭示了一种“长熔丝”模式，解释了鱿鱼和墨鱼（统称为十足目（十肢）头足类动物）如何进化成今天所见的多样化群体。

该研究的第一作者、OIST 分子遗传学部门的研究员古斯塔沃·桑切斯 (Gustavo Sanchez) 博士说：“鱿鱼和墨鱼是非凡的生物，但它们的进化却非常难以研究。几十年来，人们一直在研究它们的祖先问题，许多研究小组根据不同的形态特征和分子数据集提出了不同的进化假设。利用我们新的基因组信息，我们已经能够解开围绕它们的一些谜团。”的起源。”

更清晰地了解鱿鱼和墨鱼的进化

鱿鱼和墨鱼生活在从深海水域到浅沿海地区的环境中。尽管它们多种多样，但大多数都有一个特征：内壳。这种结构差异很大，从墨鱼的圆形墨骨到许多鱿鱼的薄刀片状短剑，以及公羊角鱿鱼的螺旋壳。一些浅水物种甚至完全失去了外壳。

理解这些不同形式之间的关系一直是一个挑战。桑切斯解释说：“早期对十足目进化的重建是根据分辨率有限的数据集构建的，并且容易产生有偏差的信号，从而模糊了不同物种之间的真实关系。全基因组数据现在提供了关于这些动物如何进化的更清晰、更一致的图像。”

对鱿鱼基因组进行测序并不是一件容易的事。它们的基因组通常是人类基因组大小的两倍，这需要先进的技术和强大的计算能力来分析。收集合适的样本也很困难，因为需要新鲜的 DNA，而且许多物种生活在偏远或难以到达的栖息地。 “有些谱系仅在琉球群岛等热带珊瑚礁系统中丰富且高度多样化，而另一些谱系则神秘莫测，仅在深海中为人所知。我们很幸运在冲绳家门口发现了一些关键物种，并与同事合作获取更具挑战性的样本，”桑切斯说。

构建第一棵综合进化树

研究小组根据几乎所有主要谱系的基因组序列构建了十足目的第一棵进化树。这一成就是通过五年来的全球合作实现的，其中包括由威康桑格研究所资助的水生共生基因组项目。该项目旨在对包括头足类动物在内的多种海洋和淡水物种的基因组进行测序。桑切斯领导了这项工作的日本分部。

“在共生项目中，我们多年来一直在稳定地对基因组进行测序，但仍然存在几个关键空白。在这项研究中，我们能够填补这些缺失的拼图，”桑切斯证实。

一种特别重要的物种是稀有的羊角鱿鱼，即螺旋藻（Spirula spirula）。它不寻常的内壳长期以来一直让科学家们感到困惑。合著者费尔南多·Á博士。西班牙海洋研究所的费尔南德斯-阿尔瓦雷斯很早就认识到其重要性。费尔南德斯-阿尔瓦雷斯说：“过去，公羊角乌贼壳的结构使一些科学家错误地认为它与墨鱼密切相关。” “我相信这个基因组可以帮助缩小一个关键差距，并澄清头足类动物更广泛的进化问题。”

深海起源和“长熔丝”进化

通过将基因组数据与化石证据相结合，研究人员重建了鱿鱼和墨鱼进化的时间线和环境背景。

桑切斯说：“我们的分析表明，这些动物起源于深海，那里仍然栖息着公羊角乌贼等物种。”

研究表明，主要的十足类群体在大约一亿年前的白垩纪中期首次分裂。后来，大约 6600 万年前，白垩纪-古近纪 (K-Pg) 大规模灭绝消灭了大约四分之三的地球物种，包括恐龙。尽管发生了这场灾难性的事件，鱿鱼的祖先仍然幸存下来。

科学家认为，这些早期头足类动物在深海中富含氧气的小区域中找到了庇护所。桑切斯解释说：“海面对于头足类动物来说是一个非常恶劣的环境。大约在那个时候，在海岸附近几乎找不到合适的富氧栖息地。浅水区强烈的海洋酸化也可能使它们的贝壳退化，因此在它们的整个进化史上保留了某种形式的这种特征这一事实证明了它们起源于更深的海洋。”

随着地球的恢复，珊瑚礁逐渐回归，创造了新的浅水生态系统。许多鱿鱼和墨鱼谱系随后扩展到这些环境中。

“在白垩纪最初的谱系分裂之后，我们在数千万年里没有看到太多的分支。然而，在 K-Pg 恢复期，我们突然看到了快速的多样化，因为物种适应并进化到新的和不断变化的生态系统。这是‘长熔断’模型的一个例子；一段有限的变化时期，随后是多样性的爆炸，”桑切斯说。

这些基因组揭示了头足类动物的创新

研究人员相信这项工作为未来研究鱿鱼和墨鱼的独特性状奠定了坚实的基础。

“与其他动物群体相比，鱿鱼和墨鱼具有许多独特的特征，使它们成为科学家无尽的灵感来源，”分子遗传学组组长 Daniel Rokhsar 教授说。 “有了这些基因组，并清楚地了解了它们的进化关系，我们就可以进行有意义的比较，以揭示与主要头足类动物创新相关的分子变化，从新器官和动态伪装的出现，到支持其非凡行为的神经复杂性。”