我国科学家重构鸟类“生命之树”在《自然》发布：什么是“元素鸟”？
北京时间4月2日，由浙江大学、深圳国家基因库、中国科学院动物研究所等单位共同主导的万种鸟类基因组计划（B10K计划）团队在《自然》杂志发布研究成果，重建了现生鸟类演化的“生命之树”，解决了鸟类类群关系长达一个多世纪的争议，为正确理解鸟类物种演化及复杂性状演化奠定了基础。
B10K计划发起人、浙江大学生命演化研究中心教授张国捷介绍，在超过1万种现生鸟类中，有95％的鸟类属于新鸟小纲。该研究提出新的分类方案，将新鸟小纲分为奇迹鸟类、鸽鸨类、陆鸟类、元素鸟类4个主要演化分支。
同时，该研究构筑的鸟类系统发育树还为“新鸟类何时开始走向繁盛”提供了有力佐证。结果显示，大量新鸟类群是在大灭绝事件（即6600万年前导致大量恐龙灭绝的事件）之后发生快速辐射性演化的。
为什么要提出“元素鸟类”这样独特的新名词？了解鸟类发育时间树，对人类了解鸟类、认识演化有何意义？南方+记者专访了研究团队。
以下是整理后的问答，共约3000字，阅读完毕大约需要10分钟。
对话专家：
论文通讯作者、浙江大学生命演化研究中心讲席教授张国捷
论文共同作者、浙江大学生命演化研究中心研究员冯少鸿
论文共同作者、中国科学院大学博士研究生陈光霁
图注：新的鸟类系统发育关系示意图。左图为新的系统发育关系，右图为以往的系统发育关系，虚线与色块线条表示新旧系统发育关系之间的变化（Josefin Stiller 和 陈光霁绘）
“元素鸟类”因何得名？
南方+：世界上有多少种鸟，应该如何分类？
张国捷：现生的鸟类有1万多种，所以我们这个项目就叫万种鸟类基因组计划（B10K计划）。
在生物分类学上看，鸟类属于鸟纲中的新鸟亚纲，大致可以分为古颚下纲和今颚下纲两个主要的类群。古颚下纲里包含了大量鸵鸟、鸸鹋、鹬鸵等我们熟知的无法飞行的鸟类；今颚下纲则可以进一步分为鸡雁小纲与新鸟小纲两大分支。
顾名思义，鸡雁小纲由鸡形目和雁形目共同构成，包括了我们熟悉的鸡、鸭和雁等。而除了上述鸟类外，所有其他现生近万种鸟类则都隶属于新鸟小纲，也被称为新鸟类。它们是当今鸟类的主体， 95%现生鸟类都属于新鸟类。
南方+：这95%的鸟类应该如何划分？
陈光霁：本次研究重新构建了现生鸟类的系统发育树，新的鸟类生命之树将新鸟小纲划分为四大分支——
第一大分支是以火烈鸟与䴙䴘为代表的“奇迹鸟类”。第二大分支是包含了鸽、鸨与杜鹃的“鸽鸨类”。第三大分支是囊括了南鸟类（包括雀鸟、鹦鹉、叫鹤和隼等）和非洲禽类（包括海雕、鹰、美洲鹰以及鸱鸮和啄木鸟等）的“陆鸟类”。第四大分支则是这次研究提出的全新类群“元素鸟类”。
南方+：为什么会取“元素鸟类”这么有趣的名字？
陈光霁：生物分类学多用拉丁语命名，元素鸟类（Elementaves）这个词源自拉丁语中的元素（elementum）和鸟（aves）。在这个分支中，既有白鹭、企鹅、潜鸟、信天翁等鹭形类、鹤形类涉禽，又有麝雉这样主要在地上活动的鸟类，还有擅长飞行的夜鹰、雨燕等，能对应水、土和气三种古典元素，因此得名。
南方+：这些生活习性差异巨大的鸟类，为何被归类到一起？
张国捷：本次研究构建的分类方式基于系统发育树，如果说得通俗一点，就是不同类群的鸟类在演化过程中的亲缘关系。就像鲸跟河马，二者生活环境、习性完全不同，但它们在演化树上就是近亲。
过去的研究将这几类鸟类分散在不同的演化分支里，但这项研究结果表明它们其实是由相同的祖先分化而来。
比如元素鸟类中的麝雉，具有翼有爪这一返祖特征，曾经因为外形与鸡类似而被列入鸡形目，如今则单列了麝雉目。这个目一直以来存在分类地位不确定、系统发育位置不明确的问题，依据新的鸟类生命之树，麝雉目与鹤形总目的鸟类亲缘关系更为相近。包含了夜鹰、雨燕和蜂鸟的夜鹰目，以往被认为是新鸟小纲的基部类群，这次也被重新划定为与鹭形类具有更近的亲缘关系。
南方+：“奇迹鸟类”这个名字也很奇特。
张国捷：这一类鸟因外表华丽、行为奇异而闻名，但其系统发育位置也时常引起争论。如火烈鸟曾被错误地归进鹳形目，䴙䴘则曾被错误地分类进潜鸟目；奇迹鸟类也因其水边栖息的生活习性等因素，被错误地认为与滨鸟、鹭形类鸟类亲缘关系更近。
通过这项研究，奇迹鸟类作为新鸟类的基部类群的系统发育位置得以重新确认，是其他所有新鸟类的姐妹群。
图注：发生于白垩纪-古近纪界限的恐龙大灭绝事件。（刘野绘）
为什么恐龙“灭绝”了，鸟类却发展了？
南方+：现在我们能看到千奇百怪的鸟，是不是建立在恐龙大灭绝的基础上？
张国捷：实际上鸟类是恐龙的一个分支，所以说恐龙其实没有完全“灭绝”，恐龙还存在于我们这个时代。
除了鸟类外，所有其他类群的恐龙在白垩纪末期的“大灭绝事件”（即6600万年前，学界认为由希克苏鲁伯陨石撞击引起的全球变化事件）中走向了终结，而鸟类则出现了物种快速繁衍和分化，学术上也叫辐射性演化。
根据过去的研究，在短短不到1000万年里，新鸟类的祖先分化出大量的新的类群，基本奠定了当下新鸟小纲近万种鸟类的物种多样性格局。相较而言，人类所属的大猿类在1800万年里已知分化出约70至80个物种，而现今仅存8个物种。
南方+：鸟类的蓬勃发展，发生在大灭绝之前还是之后？
张国捷：这个问题，在学界一直有争议。
“大规模幸存”假说认为，新鸟类群的辐射性演化发生大灭绝之前，也就是新鸟类先发生了快速辐射演化，然后在大灭绝中幸存下来。而“大爆炸”假说则认为新鸟类群的快速分化是发生在大灭绝事件之后，也就是得益于大灭绝事件空置出来的生态位，早期的新鸟类发生了快速的辐射适应演化。
南方+：团队倾向于哪一个观点？
张国捷：我们的研究成果提供了更准确的时间断定，为“大爆炸”假说提供了有力的证据，也就是说，大量的新鸟类群是在大灭绝之后得到了大量空出来的生态位，而发生了快速的辐射性演化。
研究还发现，在大灭绝事件后，早期新鸟类的有效种群大小发生了急剧扩张，DNA突变率和相对脑容量急剧上升，而体重急剧降低。这些结论都从侧面支持了“大爆炸”假说。
南方+：大灭绝之后，鸟类在很短时间内就发展成了现在的样子？
冯少鸿：鸟类的这种辐射性演化很可能不止一次。我们的研究发现，在离现在更近的时间里，距今约2240万年时，雀下目也发生了一次快速辐射性演化，带来了林莺所属的莺小目、石栖鸟代表的鹟小目和麻雀所属的雀小目的物种多样性。这个类群目前有超过6000个物种，是鸟类中的大家族。
为什么说这是更合理的分类方法？
南方+：这项研究为什么重要？
张国捷：系统发育树或者说生命之树，不仅让我们理解一个物种或者生物类群在何时起源、如何起源，以及起源后的演化历史，而且还为我们理解生物学现象和功能出现的演化动因提供了可能。
此次提出的新的“科”级别鸟类生命之树，为所有现生1万多种鸟类提供了基本的分类框架，为理解全面生物多样性格局的形成机制奠定了基础。
南方+：这个问题为什么此前一直悬而未决？
张国捷：很重要的原因在于，新鸟小纲在短时间内经历了快速物种分化。说得简单点就是，鸟类一下子分化得太快了，相互之间的关系要梳理清楚，很有难度。
如果说得专业一点，在快速辐射性演化的过程中，正在分化的物种还可以杂交导致基因互换，同时祖先存在的遗传多样性随机地被新产生的物种继承，这种种原因，都导致分化后的物种类群亲缘关系混乱。
南方+：这次的系统发育树，为什么比以往的更合理？
冯少鸿：在传统构建系统发育关系研究中，编码蛋白质的序列和超保守元件等保守的基因组区域常被选为构树的数据来源。但这些保守区域受到维持蛋白质结构和功能的选择压力，展现出极为复杂的演化模式。而那些受到选择压力较低的区域，可能是更为适宜的研究材料。
经过长时间的比较、测试和讨论，我们团队选择了最具说服力且最具挑战性的方案：构建大规模跨越多物种的全基因组综合的基因间区数据集，用于解析鸟类系统发育关系之谜。
团队利用363只鸟类的全基因组数据覆盖92%的科阶元，以基因间区比对序列重新构建并革新了现生鸟类的系统发育树，为厘清鸟纲类群的分类关系提出了一套新的划分方案。而且我们发现，相较于增加物种采样量，充足的有效数据量对解决困难节点的复杂演化历程更为重要。
南方+：还有问题等待解决吗？
张国捷：还有一些。由于经历了上述复杂的演化事件，一些类群的真实演化地位变得扑朔迷离，尽管已有全基因组数据，但不同的演化模型都得到了足够的数据证据作支撑，所以我们只能提供一个相对好的结果。比如夜鹰目鸟类中的林鸱科、雀形目鸟类中的刺莺科等类群。
另外雀形目鸟类为何又发生了一次辐射演化，这些都有待后续“属”级别阶段作进一步的研究。
这次的新发现，是万种鸟类基因组计划在“科”级别又一次重要成果。自2010年以来，这一国际协作项目已经运作了10多年，此前这一计划已经在《科学》《自然》等国际顶级期刊发表了多个重要成果；未来，还有很多鸟类未解之谜等待我们，还有很多工作要做。
南方+记者 钟哲
【作者】 钟哲
广东科技头条
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