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现生鸟类“亲戚”关系如何? 万种鸟基因组图谱提供重要线索

鸡:餐桌之外的生活

最熟悉而又最陌生的动物——家鸡

这种熟悉得令人感到陌生的重要家禽,除了作为烧鸡、扒鸡、肯德“鸡”等等出现在餐桌上,还有什么样的生活方式呢?

一只毛茸茸的小鸡在英国权威学术杂志《自然》的封面上破壳而出,宣告第一种鸟类、第一种有重要农业意义的动物、第一种恐龙的直系后裔完成基因测序,加入了已拥有人、老鼠、线虫、酵母菌和水稻等成员的“基因组俱乐部”。不’过,这份新的基因组图谱的测序对象,并不是我们天天会在餐厅里遇到的家鸡,而是它们的祖先——红原鸡。但对普通人来说,要把两者区分开来并不容易,不信可以到动物园去看看。

最熟悉而又最陌生的动物——家鸡

不会飞的鸟

鸡永远也飞不了鹰那么高,顶多在被追急了时跌跌撞撞飞上几步,篱笆的高度基本上就是极限。于是我们往往只记得鸡是一种食物储备,忘了它也是一种鸟,有很多飞行能力不错的亲戚。事实上,鸡作为一种家禽,飞不高乃是其一大优点,是人类在驯养它们的过程中有意保留下来的。想想看,要是鸡像鸽子一样会飞,养来吃可就很有难度啦——当然现代化的笼养是另一回事。

除了长着颇为像样的翅膀却不会飞之外,鸡与其他鸟类的另一个重要区别,是中国古人所赞美的鸡之五德的第一种——“头戴冠者,文也”。戴顶帽子做出斯文模样也算美德,这倒便宜。生物分类学中的鸡属,学名Gallus,其拉丁语原意便是“鸡冠”。家鸡学名为Gallus domesticus,红原鸡名为Gallus bankiva,或者索性为Gallus gallus。

头部下方有两块垂肉也是鸡的一大特点,鸡冠和垂肉是鸡的第二性征,

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在公鸡身上更为明显。我小时候很垂涎家中大公鸡的鸡冠,后来终于吃到了,却并不觉得美味,而且始终想不出这东西对鸡而言除了好看之外还有什么用处。不过对于人类,鸡冠虽不中吃却另有大用,本文后面会讲到。

鸡是温血动物,体温为41.5℃~42℃。正常状况下雌鸡每分钟心跳300余次,呼吸30余次。鸡没有牙齿,用尖嘴啄取食物,所有消化过程都在胃里完成。它们有时会吃一些沙子,以研磨胃里的食物,帮助消化。鸡一般能活10年~15年,雌鸡6个月左右性成熟,鸡蛋孵化需要21天。

最熟悉而又最陌生的动物——家鸡

虽然不会飞,家鸡仍保留着许多适于飞行的特征,比如骨头中空,体内还有13个气囊,使身体轻巧。家鸡体形比红原鸡更丰满,特别是某些新品种的肉鸡,两三个月就长到肥得不像话。

会飞的鸡

红原鸡的飞行能力比家鸡强得多,

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虽然它们主要在地面上生活,但夜里会飞到较高的树枝上栖息。它们警惕性强,一旦受惊就立刻躲起来或飞走,在饲养状态下也比较怕人,不像家鸡那样一有吃的就蜂拥而至。

仅从外观上区分的话,雄性红原鸡比普通公鸡更漂亮(我认为这一点难说),其毛色缤纷灿烂,有金色、红色、棕色、白色、灰色和带金属光泽的绿色等。一个可靠的判断方法是,红原鸡头部两侧各有一块形似耳朵的白斑,爪子颜色发灰。雄性红原鸡身长最多可达70厘米(当然,算上尾巴),有14根尾羽,最长可达28厘米。它们在夏末秋初时会换毛,一次换掉所有的飞羽,称为蚀羽。

红原鸡分布于中国等东南亚国家,生活在浓密的次生林或灌木丛中;喜欢群居;繁殖期为春、夏。小鸡经19天~21天孵化出壳,在初夏的阳光中生长,一个多月时羽毛基本长齐,3个月就被母亲赶出家门,开始独立生活。它们吃种子、昆虫和草叶等,对甜味没有感觉,能尝出咸味但一般不喜欢。

鸡群有着独特的社会结构——“啄食顺序”,也就是吃饭的优先权。处于社会最顶层的鸡只有一只,最底层的也只有一只,公鸡和母鸡各有一套顺序。领头的公鸡负责保护母鸡;老大死后,原先居于第二位的公鸡自动继任。在1个星期大的小鸡中,这种顺序就开始建立,约7个星期完全建成。

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鸡的历史

从地球生命起源时,开始考察鸡的历史未免多余。不过在考虑鸡与人类的关系时,从3.5亿年前开始研究还是有意义的——那是人和鸡最后的共同祖先生活的年代,那时大家都是爬行动物。在3.5亿~3.1亿年前,哺乳动物的祖先与鸟类和现代爬行动物的祖先逐渐分家了。

然后,在约1.5亿年前,鸟类从恐龙中进化出来——由于有近年来中国出土的许多化石为证,鸟类源于恐龙的说法已经被普遍接受了。鸟的祖先属于恐龙中称为虚骨龙的一支,可怕的暴龙也是这个家族的成员,真是奇特的亲戚关系啊。最早的鸟类是侏罗纪晚期的始祖鸟,它大小如乌鸦,有健全的羽毛,但仍保留了一些明显的爬行特征。

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原鸡在八九百万年前出现,

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它们由鸡形目鸟类进化而来,目前鸡形目成员还有松鸡、吐绶鸡等等。原鸡分为红原鸡、灰原鸡、绿原鸡和锡兰原鸡等。

1896年达尔文首次提出,现代家鸡是由红原鸡驯化而来,因为红原鸡可与家鸡杂交,生出有繁殖力的后代。这一观点后来被线粒体DNA研究所证实。

考古证据表明,至少在公元前5400年左右,中国人就开始养鸡了,这一历史甚至可能上溯到公元前8000年。不过那时候中国人养的鸡跟现代家鸡是否相同,我们并不确定。一些科学家认为,现代家鸡源于印度河流域的青铜文明哈拉帕文化(公元前2500年~公元前2100年),后来传到地中海一带。古希腊人说鸡是从波斯来的,这大抵与“米是从商店来的”相似,所指的是货物来源而不是鸡的发源地。因为从原鸡的生活范围来看,家鸡发源地应局限在印度、中国等东南亚地区,不太可能是波斯那么西面的地方。

公元前1400年的埃及墓穴里画有鸡,公元前700年的亚洲钱币上有公鸡图案。但最早的鸡并不是养来吃的,而是用来

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——爱打架也是鸡的五德之一:“敌在前敢斗者,勇也”。柏拉图曾经抱怨他同时代的人们不务正业、专好斗鸡。语出《庄子》的“呆若木鸡”原是赞扬斗鸡训练得好,像木头一样沉着、镇定、不动声色,不知为何后来成了骂人话。

当然,现代家鸡的主要任务是为人类提供肉和蛋,

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每年全世界要养几百亿只鸡(这就是“鹰吃鸡,越吃鸡越少;人吃鸡,越吃鸡越多”啦)。不过尽管如此,现有的约60个家鸡品种并不全是为农业而发展出来的,其中很多是为观赏而生。在19世纪的美国,人们曾经对观赏鸡非常感兴趣,培育出许多稀奇古怪的新品种。

实验室里的鸡

鸡对生物学和医学研究非常重要,这一点可能很多人都不知道。早在公元前4世纪,亚里士多德就在

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《动物历史》一书中探讨了鸡胚胎的发育。鸡很早就被中国人用于医药,并于1593年在李时珍的《本草纲目》中正式取得药物的地位。16世纪的意大利科学家法布里修斯描绘了鸡胚胎发育过程中每天的样子,他的学生哈维则用鸡来研究血液循环。

鸡胚胎的发育过程与哺乳动物很像,而且它们是在蛋里的,比在母亲身体里发育的哺乳动物胚胎容易观察。因此从亚里士多德时代到现在,鸡都是研究脊椎动物发育的重要对象,有很多关于人类四肢发育的信息是通过研究鸡而发现的。

鸡对经典遗传学的发展做出过很大贡献。它们容易饲养,繁殖周期短且数量多,有一些很容易辨别的可遗传性状,例如鸡冠的形态。鸡冠分为好几种:单冠、豆冠、玫瑰冠、胡桃冠、草莓冠等等。科学家曾经像孟德尔研究豌豆那样研究过鸡冠,来检验遗传定律。1905年,贝特森和彭乃特证明,胡桃冠的出现是豆冠基因和玫瑰冠基因共同作用的结果,这是多基因遗传现象在动物身上的著名例证。

1911年,美国洛克菲勒研究所的劳斯通过对鸡的研究,

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发现了第一种导致癌症的病毒——劳斯肉瘤病毒,他为此获得1966年的诺贝尔奖。这种病毒中包含一个被称为src的致癌基因。1976年加州大学的毕晓普和瓦尔穆斯在鸡身上发现了类似的DNA序列,后称为c-src基因。这是在动物身上发现的第一个致癌基因,它为发现者带来了1989年的诺贝尔奖。

基因组时代使鸡有了更大的表现舞台。前些年多国科学家公布了红原鸡基因组图谱。它将帮助人类了解鸡的基因功能,培育新的良种鸡。把它与人类和其他生物基因组图谱比较,还将为识别人类基因、认识生物进化史提供新的线索。

鸡的基因组规模相对较小,只有10亿个碱基对,相当于人类基因组的1/3;但其基因总数却与人类相近,为2万~2.3万个,其中60%与人的基因相同。这表明,鸡基因组中的“垃圾”可能更少。科学家还将红原鸡与肉鸡、蛋鸡和中国乌鸡的基因组进行对比,发现家鸡并不像人们认为的那样严重地近亲繁殖,仍有着较大的遗传多样性。

对鸡基因组的初步分析已经带来一些收获。例如此前人们认为鸟类基本没有嗅觉功能,但此次发现了不少与嗅觉有关的基因,显示鸡的嗅觉虽然比狗差得远,但与人类已经可以比一比了。

寻找味觉基因的努力则收获寥寥,可见鸡的味觉很差。另外一个有趣的发现与编码角蛋白的基因有关。角蛋白对于人类和鸟类都是很重要的蛋白质,它构成了人类的毛发和指甲,以及鸟类的羽毛和喙。科学家此前认为人类和鸟类的角蛋白应该来自一个共同的祖先,但是从测序结果看,二者的基因存在较大的差别,因此角蛋白很可能进化了两次。

科学家此次还从鸡的基因组中找到了一个重要的蛋白质——白细胞介素26。它是一种重要的免疫反应蛋白质,此前只在人体中找到过。发现这种蛋白质的基因将有助于更好地了解鸡的免疫系统,帮助研究控制禽流感的方法。对染色体两端的“扣子”——端粒的研究则发现,鸡的染色体端粒比老鼠的更接近人类染色体端粒。端粒会随着细胞分裂受损,它被认为与衰老和死亡有关。因此,这一发现意味着除了用于观察早期胚胎发育外,鸡还可用于了解动物生命终结的过程。

细菌离我们太远,哺乳动物离我们太近,鸡处在一个折中的位置上,将对了解人类基因组中某些重要部件的功能起到特殊作用。生命演化着,基因不断地产生、流传、丢失、关闭、重组。某些人类基因可以通过老鼠来了解,另一些则可以通过鸡来了解。

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