科学家们基于对107种不同种类哺乳动物基因组的分析，证明了人类遥远的祖先——在6600万年前恐龙脚边迅速跑来跑去的小型覆毛生物——主要是食虫的。
科学家们得出这一结论是因为，让所有哺乳动物早期祖先得以消化昆虫的消化酶基因，依然存在于几乎所有的现有哺乳动物基因组中。甚至像老虎和海豹这些与它们祖先饮食结构不同、永远接触不到昆虫的动物，在它们染色体中也有这块非功能性的基因片段。
“最酷的事情之一是，如果你观察人类、狗、猫、马、奶牛和其它哺乳动物，总体来说，它们的基因组中都有当哺乳动物这个分支早期的遗留痕迹，或许就来自恐龙还活着时的那些食虫动物。”致力于ConvergeAnt项目的法国蒙彼利埃大学（Université de Montpellier）博士后研究员Christopher Emerling如是说。
“这种针对昆虫的消化酶基因是你基因组中的一个标志，它证明了我们曾经不是地球上碳基生物中的优势群体。通过观察我们的基因组，能观察到祖先过去那些我们不再沿用的生活方式。”
遗传学证据独立地证明了古生物学家多年前基于早期哺乳动物化石和牙齿形状而得出的结论。
Emerling说：“本质上，我们在研究基因组，它们和化石都诉说着同样的故事：我们认为这些动物（我们的祖先）是食虫的，然后恐龙灭绝了。在这些大型的食肉和食草爬行动物死亡后，哺乳动物开始改变它们的饮食结构。”
这项发现可以揭示这种叫做几丁质酶（chitinases）的消化酶的其他作用。研究者发现，几丁质酶不仅存在于肠道中，还存在于唾液腺、胰腺和肺中，或许还和哮喘有关系。
·分解坚硬的壳
昆虫的坚硬外壳由叫做几丁质的糖类构成，许多细菌拥有制造分解昆虫外壳的酶的基因。由于如今许多人类和老鼠的食物清单上包括了昆虫，他们拥有几丁质酶基因一点也不意外。
但是实际上，人类的基因组里还有其他三种几丁质酶基因遗留片段，它们都没有功能性。Emerling表示，这些在人类中遗留的基因片段与在灵长类中的无异，可以追溯到我们的祖先：胎盘哺乳动物（placental mammal）。
与负鼠等有袋目（marsupial）哺乳动物以及鸭嘴兽等卵生单孔目（egg-laying monotreme）哺乳动物不同，胎盘哺乳动物利用胎盘，使幼儿在子宫中的发育时间变长。胎盘哺乳动物是哺乳动物中最大的一类，Emerling和同事通过观察它们的基因组，总共找到了五种几丁质酶基因。
他们发现，某种动物食谱中昆虫占比越大，它拥有的几丁质酶基因也就越多。
Emerling 说：“如今拥有五种几丁质酶基因的物种绝大多数以虫类为主食，它们食谱中的80-100%，是由昆虫构成的。由于最早的胎盘哺乳动物可能拥有五种几丁质酶，我们认为这是一个强有力的论据来证明它们主要是食虫的。”
正如你所预料到的，专吃蚂蚁和白蚁的动物，诸如非洲食蚁兽（aardvarks）和某些犰狳（armadillos）拥有五种有实际功能的几丁质酶基因。而眼镜猴（tarsiers）作为爱吃昆虫的灵长类动物，基因也是如此。Emerling说眼镜猴似乎是灵长类中唯一拥有这么多功能性几丁质酶基因的动物了。
·白垩纪（the Cretaceous Period）的竞争
这些几丁质酶基因诉说的故事是这样的：当诸如雷龙这样的巨大食草恐龙和诸如霸王龙这样强大的肉食者在狼吞虎咽最丰富的食物资源时，早期哺乳动物正四下搜寻捕食昆虫。
仅在6600万年前的白垩纪末期，所有的非鸟类恐龙灭绝，早期哺乳动物得以迅速扩张它们的生态位。人们通过观察它们的牙齿化石，发现最早的食肉和食草哺乳动物，在恐龙死亡后的1000万年内出现了。
Emerling通过比较基因组，推测哺乳动物和人类是如何演化的。哺乳动物的基因组能告诉我们上一次大灭绝之后，动物是如何从食虫向食草和食肉演变的，他对此很感兴趣。
Emerling最初致力于研究食虫的奇特动物，包括食蚁兽和犰狳，无亲缘关系的非洲食蚁兽和亲缘关系较远的穿山甲。当探索这些动物如何能够消化昆虫时，他决定研究几丁质酶，这种酶在哺乳动物体内的功能至今知之甚少。例如，几丁质酶能否使动物将几丁质分解为糖类并转化为能量？或者几丁质酶的唯一作用是否只是分解昆虫的外骨骼使食虫动物得以吃到昆虫柔软的内质？
通过使用动物基因组数据，加上最新的犰狳和小食蚁兽基因组序列，Emerling搜索了和已知几丁质酶相似的基因，并发现了四个新品种。
基于在细菌和其它动物中已知的几丁质酶基因，Emerling得以推断哪些基因是功能性的，而哪些不是，并推断出在什么组织中基因得到表达且酶有活性。
奇怪的是，专门吃昆虫的穿山甲只有一种功能性几丁质酶基因，与拥有五种功能性几丁质酶的非洲食蚁兽和四种的小食蚁兽形成了鲜明对比。同样都专门吃蚂蚁和白蚁，但穿山甲或许从失去了几丁质酶基因的食肉动物演化而来。这些食肉动物由于在食肉恐龙灭绝后迅速扩展了生态位，从而失去了几丁质酶。
野牛、长臂猿和单峰骆驼只有一种功能性几丁质酶。老虎、犀牛和北极熊没有功能性几丁质酶。
Emerling认为几丁质酶可以回答其他许多关于哺乳动物的演化和生理学的问题。
“有许多酶可能帮助碳基生命消化食物。从对‘好酷！人类有几丁质酶’的简单好奇，到成为帮助我们理解不同物种如何适应它们特定食谱的知识。”
这项研究发表在《科学进展》（Science Advances）期刊上。
这项研究的其他作者来自加州大学伯克利分校和蒙彼利埃大学。美国国家科学基金会（The National Science Foundation）、法国伯克利基金会（France-Berkeley Fund）、威望计划（PRESTIGE Programme）和欧洲研究理事会（European Research Council）支持了这项研究。另外的研究者来自麻省理工学院（Broad Institute at MIT）和哈佛大学（Harvard University）。
原始论文：DOI: 10.1126/sciadv.aar6478
翻译：谢汝雨
审校：林然
封面图：Ellen Woods '11
京公网安备11010502039775号
信息网络传播视听节目许可证0111611号
国家科技基础条件平台
