27.3: 动物系统发育

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培养技能

解释 metazoan 系统发育树
描述科学家用来构建和修改动物系统发育的数据类型
列出现代系统发育树中根据现代分子数据发现的一些关系

生物学家努力了解动物界成员的进化史和关系，以及整个生命。系统发育研究旨在确定门之间的进化关系。目前，大多数生物学家将动物界划分为 35 到 40 个 phyla。科学家们开发了系统发育树，这些树可以假设哪些物种是从哪些祖先进化而来的

回想一下，直到最近，只使用形态学特征和化石记录来确定动物之间的系统发育关系。对解剖学特征之间的区别和等级结构的科学理解提供了很多这样的知识。但是，单独使用这些信息可能会产生误导。形态学特征可能会在进化史中多次独立演变。动物之间的相似特征可能看起来相似，但它们的潜在进化可能大不相同。随着分子技术的进步，除了传统的形态学和化石数据外，现代系统发育学现在还受遗传和分子分析的影响。随着人们对遗传学的认识不断提高，动物进化树发生了重大变化，并且随着对其他动物物种进行新的DNA和RNA分析而不断发生变化。

建造动物种系发育树

目前对动物或 Metazo a phyla 之间进化关系的理解始于区分具有真正分化组织的 “真实” 动物（称为 Eumetazoa）和没有真正分化组织（例如海绵）的动物门Parazoa。 Parazoa 和 Eumetazoa 都是从一种常见的祖先生物进化而来的，这种生物类似于名为 choanoflagellates 的现代原生生物。这些原生细胞与当今的海绵 choanocyte 细胞非常相似（图\(\PageIndex{1}\)）。

左图显示了 choanoflagellate，这是一场由单细胞组成的抗议活动。右图显示了海绵内部排列的海绵巧克细胞。这两个单元格看起来完全相同。两者都是蛋形，后端有一个圆锥体。一根鞭毛从圆锥体的宽处伸出来。 — 图\(\PageIndex{1}\)：原生物 choanoflagellate 的细胞类似于海绵 choanocyte 细胞。击打 choanocyte 鞭毛会通过海绵吸收水分，这样就可以提取营养物质并清除废物。

Eumetazoa 被细分为径向对称的动物和双边对称的动物，因此分别被分为进化枝 Bilateria 或 Radiata。如前所述，刺胞动物和 ctenophores 是具有真正径向对称性的动物 phyla。所有其他 Eumetazoa 都是双边进化枝的成员。双边对称的动物进一步分为 deuterostomes（包括弦动物和棘皮动物）和两个不同的原生体进化枝（包括 ecdysozoans 和 lophotrochozoans）（图\(\PageIndex{2}\)）。 Ecdysozoa 包括线虫和节肢动物；它们之所以这样命名，是因为该群体中一个常见的特征：外骨骼变质（称为腐烂）。 Lophotrochozoa 以两个结构特征命名，每个特征都是进化枝中的某些 phyla 所共有的。一些 lophotrochoan phyla 的特点是幼虫阶段叫做 trochophore 幼虫，而其他 phyla 的特点是存在一种叫做 lophore 的喂食结构。

a 部分显示蟑螂。 b 部分展示了 phoronids，它的身体是一根细长的茎，固定在海底。细触角从茎顶部散发出来。触角和茎像一朵花。 — 图\(\PageIndex{2}\)：腐烂外骨骼的动物，例如这些（a）马达加斯加嘶嘶作响的蟑螂，都在 Ecdysozoa 进化枝中。 (b) Phoronids 在 Lophotrochozoa 进化枝中。触手是称为 lophophore 的喂食结构的一部分。（来源 a：修改科罗拉多州立大学 Bugwood.org 惠特尼·克兰肖的作品；来源 b：NOAA 对作品的修改）

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在这里探索互动式生命之树。缩放并单击以了解有关生物及其进化关系的更多信息。

系统发育理解的现代进步来自分子分析

进化生物学家一直在争论和完善系统发育分组。每年，都会出现新的证据，这些证据进一步改变了系统发育树图所描述的关系。

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观看以下视频，了解生物学家如何使用遗传数据来确定生物之间的关系。

核酸和蛋白质分析为现代系统发育动物树提供了重要信息。这些数据来自各种分子来源，例如线粒体DNA、核DNA、核糖体RNA（rRNA）和某些细胞蛋白。由于分子证据，现代树中的许多进化关系直到最近才被确定。例如，以前分类的一组名为 lophophorates 的动物，包括腕足动物和 bryozoans，长期以来一直被认为是原始的 deuterostomes。使用 rRNA 数据进行的广泛分子分析发现，这些动物是原生动物，与环节动物和软体动物的关系更为密切。这一发现允许区分原生石进化枝 lophotrochozoans。分子数据也揭示了 lophotrochozoan 组内部的一些差异，一些科学家认为，该组中的 phyla Platyhelminthes 和 Rotifera 实际上应该属于他们自己的名为 Platyzoa 的原生体群体。

分子研究与区分 lophotrochozoan 进化枝的发现类似，也揭示了软体动物、环节动物、节肢动物和线虫之间的关系发生了戏剧性的重排，并形成了一个新的 ecdysozoan 进化枝。由于环节动物和节肢动物的分段体型在形态上相似，曾经被认为是密切相关的。但是，分子证据表明，节肢动物实际上与线虫的关系更为密切，线虫现在包括 ecdysozoan 进化枝，而环节动物与 lophotrochoan 进化枝中的软体动物、腕足动物和其他门的关系更为密切。这两个进化枝现在构成了原生体。

由于分子分析，以前的系统发育分组的另一个变化包括出现了一种名为 Acoelomorpha 的全新蠕虫 phylum。长期以来，人们一直认为这些 acoel 扁虫属于 phylum Platyhelminthes，因为它们的 “扁虫” 形态相似。但是，分子分析显示这是一种错误的关系，最初暗示acoels代表了一些最早的分歧双边人的活物种。最近对 acoelomorphs 的研究使这一假设受到质疑，并表明与 deuterostomes 有更紧密的关系。这种新 phylum 的放置仍然存在争议，但科学家们一致认为，只要有足够的分子数据，它们的真正系统发育就会确定。

摘要

科学家们对动物的进化史和它们之间的进化关系很感兴趣。科学家使用三个主要的数据来源来创建说明这种关系的系统发育进化树图：形态学信息（包括发育形态）、化石记录数据以及最近的分子数据。随着新数据的收集，现代系统发育树的细节经常发生变化，分子数据最近促成了对动物门之间关系的理解的许多重大改变。

词汇表

Ecdysozoa: 表现出外骨骼变质（腐烂）的原生体进化枝

Eumetazoa: 一组具有真正分化组织的动物

Lophotrochozoa: 表现出 trochophore 幼虫阶段或 lophophore 喂食结构的原生体进化枝

Metazoa: 包含所有动物的群组

Parazoa: 一群没有真正分化组织的动物