最新研究成果發(fā)布！秦嶺金絲猴登上Science封面

6月2日凌晨，《科學(xué)》(Science)雜志以長(zhǎng)文形式刊發(fā)西北大學(xué)金絲猴研究團(tuán)隊(duì)最新研究成果《寒冷適應(yīng)促進(jìn)了亞洲葉猴社會(huì)系統(tǒng)的演化》，首次系統(tǒng)性地揭示了靈長(zhǎng)類社會(huì)演化之謎。該期《科學(xué)》封面圖為亞洲葉猴的代表——秦嶺金絲猴，圖片由西北大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提供。

西北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授齊曉光，博士后武進(jìn)偉和趙蘭為論文的共同第一作者，齊曉光、西北大學(xué)教授李保國(guó)、中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所研究員吳東東和澳大利亞西澳大學(xué)教授Cyril C. Grueter為共同通訊作者，西北大學(xué)為第一作者單位。

【資料圖】

此外，齊曉光作為共同通訊作者的另一篇長(zhǎng)文《系統(tǒng)基因組學(xué)研究為靈長(zhǎng)類動(dòng)物進(jìn)化提供新見(jiàn)解》也同期發(fā)表在《科學(xué)》雜志，該文章揭示了靈長(zhǎng)類基因組演化歷史和表型適應(yīng)性的遺傳機(jī)制。

還原亞洲葉猴

社會(huì)系統(tǒng)演化歷史

靈長(zhǎng)類動(dòng)物具有復(fù)雜而多樣的社會(huì)結(jié)構(gòu)，從愛(ài)好獨(dú)居的紅毛猩猩，到夫妻雙雙把家還的白掌長(zhǎng)臂猿，再到坐擁后宮的葉猴和群婚的食蟹猴，靈長(zhǎng)類的“婚戀觀”和“交際圈”大小有著天壤之別。是什么樣的驅(qū)動(dòng)力塑造了這種差異？這個(gè)問(wèn)題，在西北大學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)亞洲葉猴的研究中得到了解答：他們的社會(huì)結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的系統(tǒng)發(fā)育信號(hào)，且受到歷史上環(huán)境劇變的深刻影響，并且記錄在他們的基因組上。

“我們聚焦金絲猴研究二十余年，利用GPS項(xiàng)圈、衛(wèi)星遙感技術(shù)和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析相結(jié)合的方法，通過(guò)長(zhǎng)期野外跟蹤觀察，一直想揭開(kāi)靈長(zhǎng)類社會(huì)的神秘面紗。”李保國(guó)說(shuō)。基于多年野外研究，團(tuán)隊(duì)對(duì)秦嶺金絲猴社群內(nèi)各個(gè)組織層面的空間聯(lián)署及個(gè)體遷移與擴(kuò)散行為進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)金絲猴社會(huì)獨(dú)特的四層式社會(huì)結(jié)構(gòu)：家庭、分隊(duì)、群組、社群。2014年，齊曉光作為第一作者，齊曉光和李保國(guó)作為共同通訊作者的論文在《自然-通訊》雜志發(fā)表，首次提出 “亞洲起源-聚合”假說(shuō)，打破了西方學(xué)者對(duì)靈長(zhǎng)類復(fù)雜社會(huì)起源的單一認(rèn)識(shí)，從此開(kāi)啟了研究動(dòng)物社會(huì)系統(tǒng)進(jìn)化的新大道。

立足前期研究，為了驗(yàn)證這一假說(shuō)，并回答其背后的生物學(xué)機(jī)制，此次團(tuán)隊(duì)將研究目光拉長(zhǎng)至800萬(wàn)年前，從生物化石所提示的歷史分布和對(duì)古海平面、古地理、古氣候等大數(shù)據(jù)的挖掘，一點(diǎn)點(diǎn)拼湊出亞洲葉猴祖先的擴(kuò)散路徑。

大約800萬(wàn)年前的中新世，亞洲葉猴的祖先從歐洲擴(kuò)散而來(lái)。其中一支，從印度半島擴(kuò)散到了東南亞地區(qū)，這一類群分化成三個(gè)屬，并保留了祖先的一雄多雌制“單家庭群”社會(huì)系統(tǒng)。而另一支在晚中新世擴(kuò)散到了中國(guó)云南，形成了奇鼻猴的基部類群。伴隨著這一地區(qū)晚中新世的寒冷事件，它們的家庭群不再互相排斥，時(shí)而分離，時(shí)而聚合，形成了類重層社會(huì)。由于食物匱乏，大多數(shù)奇鼻猴后來(lái)向南擴(kuò)散，演化出白臀葉猴和長(zhǎng)鼻猴等不同物種。時(shí)至今日，盡管它們生活在越南和加里曼丹島的溫暖地區(qū)，卻仍然保留著類重層社會(huì)這一結(jié)構(gòu)特征。但與此同時(shí)，留在中國(guó)北方的近親金絲猴，卻在更新世反復(fù)的冰期與間冰期的一次次寒冷事件中，拉近了社會(huì)關(guān)系，培養(yǎng)出家庭間長(zhǎng)期、穩(wěn)定的紐帶聯(lián)系，演化出了真正的重層社會(huì)。

寒冷事件促進(jìn)亞洲葉猴社會(huì)聚合

“我們發(fā)現(xiàn)，生活在寒冷環(huán)境中的物種傾向于形成較大的社群，且兩次社會(huì)聚合分別發(fā)生在晚中新世冷期和更新世第四紀(jì)冰期，這表明寒冷事件可能驅(qū)動(dòng)了社群聚集。以此為依據(jù)，我們提出了亞洲葉猴‘三幕式’的社會(huì)演化歷史。這個(gè)發(fā)現(xiàn)，也是對(duì)我們團(tuán)隊(duì)提出‘亞洲起源-聚合’假說(shuō)的系統(tǒng)闡明。” 齊曉光說(shuō)。

為什么選擇亞洲葉猴作為研究對(duì)象，科學(xué)家也給出了最好的解答。“亞洲葉猴屬于舊大陸猴疣猴亞科，共七屬55種，包含‘一夫多妻’的單家庭社會(huì)、‘多夫多妻’社會(huì)、重層社會(huì)和類重層社會(huì)四種不同的社會(huì)系統(tǒng)類型，從熱帶雨林到溫帶雪山地區(qū)均有分布，我們認(rèn)為這個(gè)類群是研究靈長(zhǎng)類社會(huì)進(jìn)化機(jī)制系統(tǒng)很好的模型。”齊曉光介紹。

亞洲葉猴類各屬的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系、分布海拔與社會(huì)結(jié)構(gòu)

為了做好此項(xiàng)研究，團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)外高校、研究院所、動(dòng)物園等多個(gè)團(tuán)隊(duì)合作，分析調(diào)查了亞洲葉猴2903個(gè)棲息地，對(duì)每個(gè)棲息地提取的19個(gè)環(huán)境變量的綜合生態(tài)因子進(jìn)行分析，構(gòu)建了迄今為止最全的亞洲生態(tài)數(shù)據(jù)集。

建立“行為-生態(tài)-基因組”

研究框架

在800萬(wàn)年來(lái)的漫漫時(shí)光長(zhǎng)河中，一次次的寒冷事件是如何驅(qū)動(dòng)亞洲葉猴完成社群聚集的？這需要對(duì)代代相傳的基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)證實(shí)。

為了解答這個(gè)疑惑，團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地建立了“行為-生態(tài)-基因組”這一全新的研究范式。他們克服跨學(xué)科、跨地域等重重困難，完成了亞洲葉猴七個(gè)屬代表物種的高質(zhì)量全基因組測(cè)序，得到了全球首個(gè)染色體級(jí)別的非人靈長(zhǎng)類基因組，從而構(gòu)建精確的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系。“我們把宏觀進(jìn)化生物學(xué)與微觀分子生物學(xué)的中心法則相結(jié)合，來(lái)挖掘寒冷事件驅(qū)動(dòng)社群聚集背后的遺傳學(xué)機(jī)制。”齊曉光說(shuō)。

金絲猴家庭照（歐陽(yáng)冠來(lái)供圖）

通過(guò)比較基因組學(xué)的方法，結(jié)合系統(tǒng)發(fā)育分析檢測(cè)的結(jié)果顯示，歷史上的寒冷事件促進(jìn)了亞洲葉猴的能量代謝和神經(jīng)-激素調(diào)節(jié)相關(guān)基因受到正選擇，演化出了更加有效的腦、神經(jīng)-激素調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，其中在奇鼻猴類群中與催產(chǎn)素、多巴胺遞質(zhì)系統(tǒng)有關(guān)的基因改變格外引人注目：其類群的社會(huì)呈現(xiàn)兩步式的逐步聚合模式，從祖先的“一夫多妻”到形成具有分離-聚合特征的類重層社會(huì)，再演化出“家庭”長(zhǎng)期生活在一起的大型重層社會(huì)。

“在哺乳動(dòng)物中，催產(chǎn)素和多巴胺具有強(qiáng)化母親與幼兒之間的紐帶的作用。寒冷效應(yīng)引發(fā)它們的適應(yīng)性變化，強(qiáng)化了母嬰間的紐帶，延長(zhǎng)了寒冷地區(qū)奇鼻猴的親本撫育。同時(shí)，個(gè)體間的友好行為也得到促進(jìn)，進(jìn)而推動(dòng)了單家庭群向重層社會(huì)的聚集。”齊曉光介紹。這一結(jié)果還得到了細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)和行為學(xué)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。

神經(jīng)-激素調(diào)節(jié)的適應(yīng)性變化增強(qiáng)社會(huì)親和力

“比如我們秦嶺金絲猴，它們所處的地方氣候寒冷，食物匱乏，就會(huì)有更多的抱團(tuán)取暖、互相理毛的行為。這樣的神經(jīng)調(diào)節(jié)機(jī)制，也間接增加了個(gè)體的友好行為以及容忍度，從而促進(jìn)了家庭群向重層社會(huì)的聚集。”齊曉光說(shuō)。

此項(xiàng)研究整合了動(dòng)物行為學(xué)、生態(tài)學(xué)、地質(zhì)學(xué)、比較基因組學(xué)等多學(xué)科手段，完整揭示了亞洲葉猴復(fù)雜社會(huì)系統(tǒng)演化的過(guò)程、動(dòng)力和遺傳基礎(chǔ)。而其更大的意義在于“行為-生態(tài)-基因組”的全新研究范式建立，這對(duì)理解包括人類在內(nèi)的靈長(zhǎng)類社會(huì)行為起源演化機(jī)制提供了新思路，也為動(dòng)物行為學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展開(kāi)辟了新方向。

正如《科學(xué)》雜志審稿人評(píng)價(jià)：“作者通過(guò)多學(xué)科交叉的方法，完整回溯了亞洲葉猴的社會(huì)演化歷史，并對(duì)其生態(tài)成因和遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行綜合解析，這在靈長(zhǎng)類和脊椎動(dòng)物的研究中都是前所未有的，為社會(huì)演化領(lǐng)域開(kāi)辟了一條新大道。”

堅(jiān)守初心

“喜歡它就想要保護(hù)它”

能讓這么漂亮的秦嶺金絲猴登上《科學(xué)》封面讓全世界看到，是齊曉光多年來(lái)最大的心愿。“源于喜愛(ài)，只是想要去探索動(dòng)物的奧秘。這可能也是知識(shí)分子的一種本分吧。”他說(shuō)。

他不僅是勇敢的冒險(xiǎn)家，更是堅(jiān)定的追求者。

1999年，齊曉光加入了西北大學(xué)金絲猴研究團(tuán)隊(duì)，師從李保國(guó)教授，成為秦嶺金絲猴野外研究的開(kāi)拓者之一。幸運(yùn)的是，他將自己熱愛(ài)的興趣與事業(yè)完美結(jié)合。

“我第一次看到金絲猴是在大一寒假，獨(dú)自徒步12個(gè)小時(shí)后，終于在秦嶺山的深處看到了它們。‘嘩’的一聲它們從我頭頂蹦過(guò)，我被驚呆了，淺黃色的毛發(fā)，淡藍(lán)色的皮膚，純凈的眼睛……它們太美好了。”這是齊曉光初次見(jiàn)到金絲猴的場(chǎng)景。“喜歡它就會(huì)想要保護(hù)它。”這就是他堅(jiān)持研究金絲猴二十余年的初心。

早年，齊曉光每年在秦嶺金絲猴基地都會(huì)待六七個(gè)月，風(fēng)餐露宿，穿越險(xiǎn)峻山脈，與自然界的秘密進(jìn)行一場(chǎng)場(chǎng)激動(dòng)人心的對(duì)話。無(wú)數(shù)個(gè)日夜，細(xì)心觀察金絲猴每一個(gè)細(xì)微的動(dòng)作，不遺余力地收集數(shù)據(jù)，分析研究結(jié)果，以期能夠解開(kāi)這個(gè)生物寶庫(kù)的奧秘。也正是常年駐守野外基地，讓他們探索出適用于山地靈長(zhǎng)類行為學(xué)研究的一整套方法，為后續(xù)長(zhǎng)期研究的開(kāi)展奠定了關(guān)鍵的基礎(chǔ)。

“也許這就是多巴胺的激勵(lì)機(jī)制，找到成就感，就會(huì)感到自信，一旦獲得了正向反饋，你就會(huì)對(duì)這個(gè)東西越來(lái)越有興趣。”齊曉光笑著說(shuō)。

“以往對(duì)靈長(zhǎng)類社會(huì)系統(tǒng)的演化機(jī)制研究，一直停留在純宏觀水平，缺乏對(duì)分子機(jī)制的深入探究。正是由于缺少合適的研究模板及全基因組數(shù)據(jù)，其具體演化機(jī)制尤其是遺傳基礎(chǔ)一直沒(méi)有大的突破。”在請(qǐng)教很多動(dòng)物領(lǐng)域?qū)＜覠o(wú)果后，齊曉光和團(tuán)隊(duì)專家們便開(kāi)始了孤獨(dú)的嘗試。一遍遍試錯(cuò)、一次次推翻重組，“就像拼圖一樣，但是在拼這幅圖的時(shí)候，我們并不知道這幅拼圖究竟是什么樣子。”與武進(jìn)偉、趙蘭兩個(gè)博士后在一起探索和互相鼓勵(lì)的時(shí)光，令齊曉光十分難忘。

最終，他們終于在微觀分子生物學(xué)中找到了突破這個(gè)瓶頸的線索。但擺在面前的卻是一個(gè)極其龐大繁瑣的新領(lǐng)域。“面對(duì)一個(gè)完全不熟悉的領(lǐng)域，盡管很痛苦，但還是想要去嘗試突破。這種感覺(jué)就像把博士讀了一遍又一遍。”齊曉光說(shuō)。

興趣使然，跳出舒適圈，齊曉光沒(méi)有絲毫猶豫，帶著團(tuán)隊(duì)成員冥行擿埴。談及此次研究的啟示，趙蘭說(shuō)：“人為設(shè)置的學(xué)科分類使得我們只能看到一個(gè)側(cè)面，但是生物演化本身不會(huì)因?yàn)槿藶樵O(shè)置的這些分類而存在必然，這是一次逼迫我們不得不用綜合的眼光去看待演化進(jìn)程的很好實(shí)踐。”

在西北大學(xué)的校園，齊曉光也常常與研究5億年前寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的舒德干院士團(tuán)隊(duì)師生交流，盡管他們研究的時(shí)期跨越上億年，但涉及行為、生態(tài)、地質(zhì)、化石、遺傳等多個(gè)維度，只要有所交集，就會(huì)令他產(chǎn)生興趣。

走進(jìn)齊曉光的辦公室，辦公桌正對(duì)著的大門上方，掛著一幅他在秦嶺拍攝的金絲猴照片。擁有金色柔軟毛發(fā)的金絲猴坐在樹(shù)干上遙望遠(yuǎn)方，短短幾米，這可能就是齊曉光與他“初心”的“最佳距離”。

“未來(lái)，我們將繼續(xù)深化以亞洲葉猴為代表的靈長(zhǎng)類社會(huì)系統(tǒng)演化機(jī)制研究，繼而探索人類早期社會(huì)的起源與變遷。”齊曉光滿懷期待。

來(lái)源：西北大學(xué)丨編輯：千樹(shù)丨審核：韓東辰丨部分圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處

(責(zé)編：程雨萌）

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