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)了亞洲葉猴社會系統(tǒng)的演化》，首次系統(tǒng)性地揭示了靈長類社會演化之謎。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、中國科學(xué)院昆明動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文《系統(tǒng)基因組學(xué)研究為靈長類動物進(jìn)化提供新見解》也同期發(fā)表在《科學(xué)》雜志，該文章揭示了靈長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

社會系統(tǒng)演化歷史

靈長類動物具有復(fù)雜而多樣的社會結(jié)構(gòu)，從愛好獨(dú)居的紅毛猩猩，到夫妻雙雙把家還的白掌長臂猿，再到坐擁后宮的葉猴和群婚的食蟹猴，靈長類的“婚戀觀”和“交際圈”大小有著天壤之別。是什么樣的驅(qū)動力塑造了這種差異？這個問題，在西北大學(xué)團(tuán)隊(duì)對亞洲葉猴的研究中得到了解答：他們的社會結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的系統(tǒng)發(fā)育信號，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)和社會網(wǎng)絡(luò)分析相結(jié)合的方法，通過長期野外跟蹤觀察，一直想揭開靈長類社會的神秘面紗?！?/strong>李保國說。基于多年野外研究，團(tuán)隊(duì)對秦嶺金絲猴社群內(nèi)各個組織層面的空間聯(lián)署及個體遷移與擴(kuò)散行為進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)金絲猴社會獨(dú)特的四層式社會結(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，打破了西方學(xué)者對靈長類復(fù)雜社會起源的單一認(rèn)識，從此開啟了研究動物社會系統(tǒng)進(jìn)化的新大道。

立足前期研究，為了驗(yàn)證這一假說，并回答其背后的生物學(xué)機(jī)制，此次團(tuán)隊(duì)將研究目光拉長至800萬年前，從生物化石所提示的歷史分布和對古海平面、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800萬年前的中新世，亞洲葉猴的祖先從歐洲擴(kuò)散而來。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屬，并保留了祖先的一雄多雌制“單家庭群”社會系統(tǒng)。而另一支在晚中新世擴(kuò)散到了中國云南，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，時而分離，時而聚合，形成了類重層社會。由于食物匱乏，大多數(shù)奇鼻猴后來向南擴(kuò)散，演化出白臀葉猴和長鼻猴等不同物種。時至今日，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這一結(jié)構(gòu)特征。但與此同時，留在中國北方的近親金絲猴，卻在更新世反復(fù)的冰期與間冰期的一次次寒冷事件中，拉近了社會關(guān)系，培養(yǎng)出家庭間長期、穩(wěn)定的紐帶聯(lián)系，演化出了真正的重層社會。

寒冷事件促進(jìn)亞洲葉猴社會聚合

“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’的社會演化歷史。這個發(fā)現(xiàn)，也是對我們團(tuán)隊(duì)提出‘亞洲起源-聚合’假說的系統(tǒng)闡明。” 齊曉光說。

為什么選擇亞洲葉猴作為研究對象，科學(xué)家也給出了最好的解答?！皝喼奕~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、‘多夫多妻’社會、重層社會和類重層社會四種不同的社會系統(tǒng)類型，從熱帶雨林到溫帶雪山地區(qū)均有分布，我們認(rèn)為這個類群是研究靈長類社會進(jìn)化機(jī)制系統(tǒng)很好的模型?！饼R曉光介紹。

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

為了做好此項(xiàng)研究，團(tuán)隊(duì)與國內(nèi)外高校、研究院所、動物園等多個團(tuán)隊(duì)合作，分析調(diào)查了亞洲葉猴2903個棲息地，對每個棲息地提取的19個環(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800萬年來的漫漫時光長河中，一次次的寒冷事件是如何驅(qū)動亞洲葉猴完成社群聚集的？這需要對代代相傳的基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來證實(shí)。

為了解答這個疑惑，團(tuán)隊(duì)開創(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屬代表物種的高質(zhì)量全基因組測序，得到了全球首個染色體級別的非人靈長類基因組，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，來挖掘寒冷事件驅(qū)動社群聚集背后的遺傳學(xué)機(jī)制?！饼R曉光說。

金絲猴家庭照（歐陽冠來供圖）

通過比較基因組學(xué)的方法，結(jié)合系統(tǒng)發(fā)育分析檢測的結(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，再演化出“家庭”長期生活在一起的大型重層社會。

“在哺乳動物中，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，延長了寒冷地區(qū)奇鼻猴的親本撫育。同時，個體間的友好行為也得到促進(jìn)，進(jìn)而推動了單家庭群向重層社會的聚集?！饼R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的聚集。”齊曉光說。

此項(xiàng)研究整合了動物行為學(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)雜社會系統(tǒng)演化的過程、動力和遺傳基礎(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，這對理解包括人類在內(nèi)的靈長類社會行為起源演化機(jī)制提供了新思路，也為動物行為學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展開辟了新方向。

正如《科學(xué)》雜志審稿人評價：“作者通過多學(xué)科交叉的方法，完整回溯了亞洲葉猴的社會演化歷史，并對其生態(tài)成因和遺傳基礎(chǔ)進(jìn)行綜合解析，這在靈長類和脊椎動物的研究中都是前所未有的，為社會演化領(lǐng)域開辟了一條新大道?！?/strong>

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，是齊曉光多年來最大的心愿。“源于喜愛，只是想要去探索動物的奧秘。這可能也是知識分子的一種本分吧?！彼f。

他不僅是勇敢的冒險家，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)，師從李保國教授，成為秦嶺金絲猴野外研究的開拓者之一。幸運(yùn)的是，他將自己熱愛的興趣與事業(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個小時后，終于在秦嶺山的深處看到了它們?！畤W’的一聲它們從我頭頂蹦過，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?！边@是齊曉光初次見到金絲猴的場景。“喜歡它就會想要保護(hù)它?！?/strong>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待六七個月，風(fēng)餐露宿，穿越險峻山脈，與自然界的秘密進(jìn)行一場場激動人心的對話。無數(shù)個日夜，細(xì)心觀察金絲猴每一個細(xì)微的動作，不遺余力地收集數(shù)據(jù)，分析研究結(jié)果，以期能夠解開這個生物寶庫的奧秘。也正是常年駐守野外基地，讓他們探索出適用于山地靈長類行為學(xué)研究的一整套方法，為后續(xù)長期研究的開展奠定了關(guān)鍵的基礎(chǔ)。

“也許這就是多巴胺的激勵機(jī)制，找到成就感，就會感到自信，一旦獲得了正向反饋，你就會對這個東西越來越有興趣。”齊曉光笑著說。

“以往對靈長類社會系統(tǒng)的演化機(jī)制研究，一直停留在純宏觀水平，缺乏對分子機(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)一直沒有大的突破?！痹谡埥毯芏鄤游镱I(lǐng)域?qū)＜覠o果后，齊曉光和團(tuán)隊(duì)專家們便開始了孤獨(dú)的嘗試。一遍遍試錯、一次次推翻重組，“就像拼圖一樣，但是在拼這幅圖的時候，我們并不知道這幅拼圖究竟是什么樣子。”與武進(jìn)偉、趙蘭兩個博士后在一起探索和互相鼓勵的時光，令齊曉光十分難忘。

最終，他們終于在微觀分子生物學(xué)中找到了突破這個瓶頸的線索。但擺在面前的卻是一個極其龐大繁瑣的新領(lǐng)域。“面對一個完全不熟悉的領(lǐng)域，盡管很痛苦，但還是想要去嘗試突破。這種感覺就像把博士讀了一遍又一遍。”齊曉光說。

興趣使然，跳出舒適圈，齊曉光沒有絲毫猶豫，帶著團(tuán)隊(duì)成員冥行擿埴。談及此次研究的啟示，趙蘭說：“人為設(shè)置的學(xué)科分類使得我們只能看到一個側(cè)面，但是生物演化本身不會因?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?！?/strong>

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，盡管他們研究的時期跨越上億年，但涉及行為、生態(tài)、地質(zhì)、化石、遺傳等多個維度，只要有所交集，就會令他產(chǎn)生興趣。

走進(jìn)齊曉光的辦公室，辦公桌正對著的大門上方，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，我們將繼續(xù)深化以亞洲葉猴為代表的靈長類社會系統(tǒng)演化機(jī)制研究，繼而探索人類早期社會的起源與變遷?！饼R曉光滿懷期待。

來源：西北大學(xué)丨編輯：千樹丨審核：韓東辰丨部分圖片來自網(wǎng)絡(luò) 轉(zhuǎn)載請注明出處

(責(zé)編：程雨萌）