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张国捷研究员在National Science Review发表评述性文章,提出聚焦演化生物学前沿问题
2019-01-25 来源:生物多样性基因组学研究课题组 作者:赵若苹
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  近期,张国捷研究员受邀在National Science Review发表评述性文章,介绍了第一届亚洲演化生物学会议(http://asianevo.org/)情况,重点探讨了演化生物学领域需聚焦的前沿问题,以及如何促进学科交叉。 

  为推动亚洲地区演化生物学的发展并鼓励更多生物领域同行参与演化学研究,由国家基因库、中国科学院昆明动物研究所遗传资源与进化国家重点实验室、中国科学院动物进化与遗传前沿交叉卓越创新中心、日本演化协会、限制性定向演化理论研究团体(日本)、日本遗传学知识传播学会等共同在深圳举办了第一届亚洲演化生物学会议。会议由周忠和院士担任会议名誉主席,张国捷研究员任会议执行主席。会议吸引了34个国家和地区的812名参会者,其中包括13位国内外院士及上百位全球知名领域专家。会议组织了44个专题讨论会,内容涵盖演化生物学的大部分领域,包括基因组学、古生物学、发育生物学、神经生物学、演化生态学、系统发生学、物种形成、适应性演化、演化理论和生物前沿技术等。会议主旨强调了生物多样性的重要性以及生物系统的复杂性,同时重点探讨了学科综合及演化理论综合的发展趋势。 

  演化医学(Evolutionary medicine)与公共健康 

  许多人类疾病是人类自身演化与环境变化之间不可调和的产物,演化医学作为演化生物学和医学的融合学科自上世纪90年代创立以来影响力日益凸显。这一学科旨在研究人类健康问题产生的终极原因,这些终极原因大致包括祖先性状作为早期演化的权宜产物无法适应当前环境变化,人类和病原体之间持续共同演化的结果,以及在发育过程中基因与环境之间复杂的互作效应结果等。传统医学研究更偏向人类致病的直接原因,演化医学以演化的视角综合的审视疾病和公共健康问题产生的直接原因以及演化机制,为更有效的展开疾病诊断和治疗提供理论基础。当前演化医学作为一个崭新的学科正逐步发展和完善,此次会议针对这一论题展开多个专题讨论,对该学科的发展具有重要意义。特别是在亚洲这一人口最多的地区,人类在长期自然选择和差异性文化影响下形成了巨大的人群多样性,为疾病研究带来了挑战的同时也为演化医学研究提供了良好契机。 

  多视角研究物种驯化的机制和过程 

  不同于自然选择通常需要漫长的历史才能实现对性状的筛选,人类对物种的驯化历史不过上万年,对驯化物种的形态、生理和行为却产生了巨大的影响,与此同时也极大的改变了人类的生产生活方式,农业和畜牧业的发展也深刻地影响着人类自身的演化进程。然而,自达尔文阐述人工驯化现象之后,很长一段时间里对于物种驯化的研究仅限于利用考古学研究来推断驯化的历史。近几年来,得益于基因组技术的飞速发展,我们才可以从分子水平揭开驯化过程中所发生的大量的遗传变异,以及这些变异对于性状选择的影响,同时古DNA研究技术的发展使得我们能够获得物种祖先基因组序列并重构驯化过程中的基因组变异趋势。此外,人类在物种驯化过程中对生态环境的影响也逐渐受到重视。物种驯化的研究已经发展成一个综合研究领域,涵盖了基因组学、考古学、古生物学、动物行为学及生态学。本次会议多个专题研讨会探讨了如何综合各个领域的知识系统研究物种驯化历史以及基因组学基础。 

  行为生态学研究的新综合 

  在《行为学研究目的和方法》(On Aims and Methods of Ethology)一文中,诺贝尔奖得主Niko Tinbergen总结了行为学研究中四类互补的生物学问题。依据其所论述的,对于任何一个生物学现象都可以从以下四个方面开展研究:1. 发育发生过程,2. 遗传和细胞机制,3. 演化历史,4.对物种适应性演化的贡献。当前绝大多数研究只针对这四个问题的某一个方向,尤其是控制行为的直接机制开展,很少有工作从四个方面完整阐述某种行为的生物学意义。令人欣喜的是,近年来许多研究工作已经开始尝试利用多学科交叉的方法研究动物行为和人类行为,这些工作涉及到行为的遗传和神经基础,神经系统的起源和演化, 生物行为与生物入侵的演化,以及人类文化和人类意识的演化等。 

  生态-演化-发育(Eco-Evo-Devo)的整合 

  一个个体从受精卵成长为具有繁殖能力的成年个体的发育过程极度复杂,体现了基因共表达调控以及与环境因子的多层互作。外在环境因子与内在基因调控共同控制表型性状,并受到自然选择的影响。近几年许多研究表明,生态环境不仅只是提供自然选择压力对物种的发育演化过程形成影响,环境因子还会直接作用甚至控制个体发育的过程及性状的表达。而物种演化的过程,同时塑造着生态环境的组成,因此长期的学科发展需要进一步对演化发育生物学进行扩展,并融合更多的学科包括古生物学、表观遗传学、和生态学等,形成全新的学科综合并发展出生态-演化-发育生物学(Eco-Evo-Devo)研究领域。通过对寒武纪大爆发时期早期动物器官系统的演化历程、脊椎动物形态的宏观演化、昆虫翅膀的起源和后期发展,以及表观遗传对物种演化潜在影响等集中研讨,将能更好地重塑该方向,形成生态-演化-发育的大综合 

  生物共生体的演化 

  在达尔文演化论体系中,生命以个体为单元开展资源竞争和繁殖竞争,从而受到自然选择的影响。然而,任何生物都不可能是单独以一个个体的形式存在,所有生物都与其他个体或者其他物种相互作用。许多物种的繁殖甚至严重依赖于其与其他个体所组成的社会体系,以及与其他物种所形成的共生关系。因此,有学者提出将生物体概念化为共生体(holobionts)”以描述真核多细胞生物与微生物跨物种所形成的超级有机体,并且认为生物以共生体的形式存在,而非以个体为单元展开竞争并受自然选择的影响,目前这一假说仍然受到许多质疑。对于共生关系的演化过程以及物种合作和互利的模式展开讨论与研究,将非常重要。 

  亚洲演化生物学会议的未来 

  亚洲演化生物学会议将为亚洲地区的演化生物研究学者提供平台,共同讨论领域的最新进展,并推动未来的学科整合,从而实现对生物学系统复杂性和多样性的了解。目前已确定第二届亚洲演化生物学会议将由日本东京首都大学(Tokyo Metropolitan University)主持举办。未来亚洲演化会议定期在亚洲各地举办。随着亚洲地区演化生物学研究的持续发展,我们期待在不久的将来亚洲演化生物学协会能在此基础上应运而生,在推动学科交叉的同时进一步拓展演化理论。 

  National Science Review评述性文章链接:https://doi.org/10.1093/nsr/nwy058 


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