魷魚和烏賊是海洋中最迷人的動(dòng)物之一，被統(tǒng)稱為頭足綱十腕類。幾十年來，科學(xué)家一直試圖弄清這些奇特生物的演化歷程，但進(jìn)展緩慢，因?yàn)樗鼈兊幕涗浻邢蓿一蚪M十分復(fù)雜。

3月30日發(fā)表于《自然-生態(tài)與演化》的一項(xiàng)研究，將大規(guī)模基因組數(shù)據(jù)集與3個(gè)新測序的魷魚基因組結(jié)合起來，揭示了一種“長引信”模式，從而解釋了魷魚和烏賊是如何演化成今天所見的多樣化群體的。

魷魚和烏賊生活在從深海到淺海沿岸的各種環(huán)境中。盡管種類繁多，但它們大多有一個(gè)共同特征——內(nèi)殼。這一結(jié)構(gòu)差異很大，從烏賊圓潤的海螵蛸，到魷魚薄如刀片的角質(zhì)殼，再到旋殼魷魚的螺旋形殼，部分淺海物種甚至完全沒有殼。

厘清這些不同形態(tài)的親緣關(guān)系并非易事。Sanchez解釋道：“早期對(duì)十腕類演化的推斷基于分辨率有限的數(shù)據(jù)集，容易產(chǎn)生偏差信號(hào)，掩蓋了不同物種間的真實(shí)關(guān)系。如今，全基因組數(shù)據(jù)能夠更清晰、更一致地展現(xiàn)這些動(dòng)物的演化歷程。”

魷魚基因組通常是人類基因組的兩倍，需要先進(jìn)技術(shù)和強(qiáng)大算力來分析。此外，獲取合適樣本也很困難，因?yàn)樾枰r活DNA，而許多物種生活在偏遠(yuǎn)或難以抵達(dá)的棲息地。最終，研究團(tuán)隊(duì)基于幾乎所有主要譜系的基因組序列，構(gòu)建了首個(gè)頭足綱十腕類的演化樹。

結(jié)合基因組數(shù)據(jù)與化石證據(jù)，研究人員重建了魷魚和烏賊的演化時(shí)間線與環(huán)境背景。“我們的分析顯示，這類動(dòng)物起源于深海，那里如今仍孕育著像旋殼魷魚這樣的動(dòng)物。”Sanchez說。

研究表明，主要的十腕類動(dòng)物大約在1億年前的白堊紀(jì)中期進(jìn)行了首次分化。大約6600萬年前，白堊紀(jì)-古近紀(jì)大滅絕導(dǎo)致地球上約3/4的物種消失，包括恐龍。盡管遭遇了這場災(zāi)難，但魷魚的祖先卻幸存下來。

科學(xué)家認(rèn)為，這些早期頭足綱動(dòng)物在深海富含氧氣的小區(qū)域找到了避難所。Sanchez說：“海面環(huán)境對(duì)頭足綱來說極為惡劣，那時(shí)海岸附近幾乎沒有合適的富氧棲息地。而淺海強(qiáng)烈的海洋酸化現(xiàn)象也很可能腐蝕了它們的外殼，因此一些結(jié)構(gòu)能夠在其整個(gè)演化歷程中得以保留的事實(shí)，恰恰證明了它們起源于更深的海洋。”

隨著地球環(huán)境恢復(fù)，珊瑚礁逐漸重現(xiàn)，形成了新的淺海生態(tài)系統(tǒng)。許多魷魚和烏賊的譜系隨后向這些環(huán)境擴(kuò)散。“在白堊紀(jì)初期的譜系分化后，數(shù)千萬年間并未出現(xiàn)太多分支。但在大滅絕后的恢復(fù)期，物種突然快速多樣化，以適應(yīng)不斷變化的新生態(tài)系統(tǒng)。這就是典型的‘長引信’模式，即一段有限變化時(shí)期后的多樣性大爆發(fā)。”Sanchez說。