李靖 宋以柱 阎雪姣 吴薇

(青岛市海洋科技成果推广中心，山东青岛 266000)

文昌鱼是从无脊椎动物进化到高等脊椎动物中间的过渡动物，长久以来，文昌鱼一直被认为是脊椎动物祖先的模型。基于它在进化上的重要性，受到了国内外动物学家的青睐。随着分子生物学技术在动物学研究上的应用，再一次激发了动物学家对文昌鱼分子结构研究的兴趣；并充分证实了文昌鱼在脊椎动物起源与演化研究中占据的重要位置。文昌鱼是研究脊椎动物及其组织器官系统发生以及研究进化发育生物学的理想模型，对揭示脊椎动物基因组的进化具有很高的学术研究价值。

1 文昌鱼的概况

文昌鱼隶属脊索动物门的头索动物亚门，也叫全索亚门。之所以被称为头索动物，主要是因为这类动物的脊索能够纵贯全身，例如，这类动物的脊索能够直接延伸到神经管的前面。而文昌鱼的最大特征就是头和脑没有完全的进化，又被动物学研究学家定义为无头类动物(Acrania)。这种动物的外形比较接近于虫类，但是在血统上与虫类具有一定的差异性。

文昌鱼的物种数超过了20种，其主要分布在地球热带、亚热带的8～16m的浅水海域中，它的身体经常掩盖在海底的细沙中，同时文昌鱼主要吃浮游生物为主。在北纬48°至南纬40°之间的环形地区内文昌鱼的分布较多。我国的厦门和青岛等沿海地区出产的文昌鱼也很多，由于其具有较高的营养价值和药用价值，被很多地区的消费者视为珍品。

2 文昌鱼的进化背景

2.1 对文昌鱼和海鞘是脊椎动物姐妹群的关系论证

1998年动物研究学家Naylor对脊椎动物、头索动物、原口动物等在内的19个动物的线粒体基因进行了组装；并利用这19个全线粒体基因组上的13个蛋白编码基因与所有核酸、仅颠换的核酸、氨基酸序列等三个不同的数据集，对它们的系统发育关系进行了重新构建。在分子系统发育学研究的基础上，充分证实了文昌鱼与脊椎动物的连带关系。同时还有其他动物学家Spruyt等对其他地域的文昌鱼进行了研究，如：地中海沿岸等地，并对其线粒体基因进行了测序，通过对11个物种的研究，对其分析系统发育的关系进行了重新构建。从而充分证实了文昌鱼是无脊椎动物和脊椎动物之间的过渡物种。但是之后对尾索动物(海鞘)的研究，又得出了相悖的答案。可见，这两种具有代表性的姐妹亚门物种，虽然都保留了祖先特征，但是由于文昌鱼的身体结构保留的祖先特征要多于海鞘，特别是胚胎的发育情况接近于脊椎动物，因此文昌鱼的身体构造与海鞘相比更加复杂。

2.2 与海鞘进化的对比分析

2.2.1 证实了海鞘更加接近脊椎动物

有些动物学家对文昌鱼的进化地位提出了质疑，有些生物学家认为海鞘更类似原始无头祖先，并推测出海鞘与脊椎动物的关系更加接近。然而这种争议一直延续到2005年，主要是因为双方之间并没有充分的证据去让对方信服。动物学家Blair根据59条氨基酸序列构建了邻接树和最大似然树，并采用贝叶斯的方法推测了尾索动物与现存的脊椎动物类群具有亲缘的关系，肯定了脊椎动物与海鞘的系统发生关系。文昌鱼(头索动物亚门)在9亿年前就已经与祖先分开，而尾索动物亚门与脊椎动物祖先在7.5亿年前才分开。同时动物学家Philippe利用146个基因组建了35个种类的演化树，并以分子系统发育学的角度为出发点，证实了海鞘是现在同脊椎动物类群关系最为接近的物种。另外，2006年Delsuc在发表的论文中指出：海鞘是最为接近脊椎动物的物种。他在研究的过程中利用146个基因构建了37种生物演化树，应运用最大简约法和贝叶斯法，得出了海鞘与脊椎动物大支聚在一起，而文昌鱼却聚在一个枝。这项研究否定了文昌鱼进化的地位，但是文昌鱼在脊椎动物起源演化研究中仍占核心的位置，在研究过程中需要反复的论证。

2.2.2 文昌鱼分子研究

在对文昌鱼的分子研究，证实了海鞘是同脊椎动物更近的进化关系，Putman对美国佛罗里达文昌鱼进行了全基因组测序，在与其余11个物种联合后，得出了1090个单拷贝直系同源基因集，并通过最大似然和贝叶斯两种构树算法证实了海鞘同脊椎动物关系最为接近的说法。近年来，在对其他中类的文昌鱼(鲁卡侧殖文昌鱼、白氏文昌鱼)的全基因进行测序研究，并通过这些数据的分子系统发育树分析，也得出了相同的论证，即文昌鱼与脊椎动物和海鞘的进化关系。

2.2.3 文昌鱼细胞水平分析

还有一些细胞水平上的对比分析，尾索动物要比文昌鱼同脊椎动物的亲缘关系更加接近，但是由于海鞘丢失了大量的祖先基因，有些祖先的特征并没有保存下来。但是在对文昌鱼的形态和细胞水平进行研究时，发现文昌鱼仍保留一些祖先原有的形态特征。它的复杂器官，受到了研究人员的特别关注。与此同时，文昌鱼的基因组并未发生很大的变化，如大规模的复制、基因的加速、基因的丢失等。例如,Homebox基因家族成员在海鞘中保存了76个亚家族，脊椎动物也丢失了7个，现存的只有94个，但是文昌鱼基因组却保留了整个亚家族(101个)。根据这些对比发现，文昌鱼保存了祖先的特征，但是海鞘相对于文昌鱼来讲，其保存的数量却很少。

总而言之，从对文昌鱼的研究结果可以看出，其进化的地位逐渐被海鞘所代替，特别是在其他动物研究人员论证了海鞘才是与脊椎动物最为接近的物种。但是由于它的特殊因素，同样也成为研究脊椎动物起源与演化等方面问题的重要物种之一。

3 文昌鱼的分子系统发育关系

文昌鱼种类发现较早，但是研究人员并没有对其进行命名，大多数的文昌鱼种类命名的时间大约都在1970年。到目前为止，针对文昌鱼分类的研究论文较少，同时关于文昌鱼方面的专著也较少，这就充分说明了文昌鱼分类学已经逐渐被文昌鱼研究人员边缘化。另外，文昌鱼种类之间的外形特征并不能明显地区分出。同时，文昌鱼在海洋生物中体积比较小，分类系统不稳定，这就导致了这种现象的再次发生。例如，对鲁卡侧殖文昌鱼进行研究，并将其建立一个单独的新属，即偏文昌新属。而Nelson、Poss等通过研究提出了不同的看法。他们认为这个单独的新属为无效的属，其应该被纳入侧殖文昌鱼属。在这种争议之下，日本文昌鱼专家分别对三种文昌鱼种类进行了分析，在不断扩增它们的线粒体细胞色素亚基和16SRNA和DNA序列，结合其他两种文昌鱼已有的COI和16SRNA利用最大似然法构建了文昌鱼目属间的分析系统发育关系。两个线粒体DNA分子标记结果均支持偏文昌鱼属。

中国青岛以南至广西北海海岸线是中国文昌鱼主要分布的地区。厦门海域中和青岛海域中分布的文昌鱼种类主要是以白氏文昌鱼和青岛文昌鱼为代表。Luo运用mtDNA中的COI和细胞色素b亚基片段作为分子标记，并通过运用最大简约法构建了基于两个序列的青岛文昌鱼、白氏文昌鱼、日本文昌鱼的系统发育树(白氏文昌鱼+青岛文昌鱼+日本文昌鱼)，并计算了中间的平均遗传距离。研究发现，日本文昌鱼与青岛文昌鱼均聚拢在系统发育树的一枝，它们之间存在着种内差异，而白氏文昌鱼和青岛文昌鱼分别处于系统发生树不同的大枝，且两者遗传距离达到了种间差异水平，支持它们为不同种的观点。

随着文昌鱼种类的增加，文昌鱼内部的系统也发生了变化。有些动物学家对不同种类的文昌鱼的分歧时间进行了推测，并指出白氏文昌鱼与佛罗里达文昌鱼的分歧时间在1.3亿年前。

迄今为止，具有2个以上文昌鱼物种构建的分子系统发育树的构建基础是mtDNA，但是通过基因组与转录组大数据水平构建的分子发育系统树最多只能包含2种文昌鱼。所以，在大数据水平下，构建多种文昌鱼的分析系统发育树，并且对文昌鱼体内不同种间、同属的分歧时间进行推测，这些都为研究文昌鱼的演变特征提供了理论基础。