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厚嘴崖海鴉是格陵蘭島一種比較稀有的鳥類，它們生活在海邊，巢穴筑在內(nèi)陸山巖邊，且叫聲非常吵。2023年，張國捷與科考人員采集厚嘴崖海鴉血液樣本過程曲折。他們先坐船，后坐直升機(jī)，飛到格陵蘭島內(nèi)陸地區(qū)，人一靠近厚嘴崖海鴉巢穴，它們便發(fā)出類似警告的叫聲，同類鳥聽到這種叫聲都飛光了。有時候，厚嘴崖海鴉在冰川和浮冰上覓食或棲息一整天，科考隊員出于安全考慮不能攀爬冰川，可望而不可即。

在生物分類學(xué)上，被歸入鳥綱中的新鳥亞綱，大致又分為古顎下綱和今顎下綱兩個主要的類群。在古顎下綱里，則包含了大量人們熟知的無法飛行的鳥類，比如非洲的鴕鳥、澳大利亞的鴯鹋、新西蘭的鷸鴕，還有南美洲的大美洲鴕等。今顎下綱進(jìn)一步分為雞雁小綱、新鳥小綱兩大分支。其他現(xiàn)生近萬種鳥類則都隸屬于新鳥小綱。

協(xié)調(diào)全球鳥類樣品的收集并不容易，有些物種在博物館館藏保存條件不佳，需要到當(dāng)?shù)夭杉迈r樣品。令他印象最深的一次活鳥DNA樣本采集，是2010年在肯尼亞馬賽馬拉國家公園。

自然界中，除了鸚鵡學(xué)舌外，還有八哥、斑胸草雀、蜂鳥等都會鳴唱。鳴唱鳥不光是唱出聲音來，還通過唱聲進(jìn)行交流。張國捷說，一只雄鳥在競爭配偶時，通常會唱歌給雌鳥聽，雌鳥一般會選擇歌唱得好的雄鳥進(jìn)行交配。失敗的雄鳥會學(xué)習(xí)勝者的唱法繼續(xù)求偶，這種學(xué)習(xí)能力和語言系統(tǒng)，與人類的語言系統(tǒng)非常像。

萬種鳥基因組計劃希望重新構(gòu)建現(xiàn)生鳥類的系統(tǒng)發(fā)育樹，提供一套新的鳥類分類劃分方案。張國捷說，新的鳥類生命之樹將新鳥小綱劃分為四大分支。第一大分支是以火烈鳥與為代表的奇跡鳥類。第二大分支是包含鴿、鴇與杜鵑的鴿鴇類。第三大分支是囊括南鳥類和非洲禽類的陸鳥類，前者包括雀鳥、鸚鵡、叫鶴和隼等，后者包括海雕、鷹、美洲鷹以及鴟鸮和啄木鳥等。第四大分支是全新的元素鳥類。這個命名源自拉丁語中的elementum(元素)和aves(鳥)，既包括主要在水域活動的企鵝、潛鳥、信天翁等鷺形類、鶴形類鳥類，也包括主要在陸地活動的麝雉等，還有更擅長在天空活動的夜鷹、雨燕等夜鷹目鳥類。

當(dāng)?shù)伉B類資源豐富，在當(dāng)?shù)叵驅(qū)У膸废拢瓶缄爢T一行坐了很久的敞篷越野車，才到達(dá)目的地。他們背著裝滿液氮的保溫杯，從活鳥身上采集兩三毫升新鮮血液，消毒后放飛——這相當(dāng)于體檢時從成年人身上采集二三十毫升血液，不會影響大多數(shù)鳥類的健康與野外生存能力。采集到的血液樣本，則會立即放至液氮中一次性冷凍保存，之后帶回實驗室進(jìn)行DNA檢測。

翅膀?qū)τ邙B類群適應(yīng)環(huán)境、躲避天敵、擁有更廣泛的生存空間來說，是至關(guān)重要的。但據(jù)了解，至少有10類群的鳥類物種出現(xiàn)了飛行退化，像企鵝甚至完全失去了飛行能力。

在實驗室完成鳥類樣本DNA檢測和測序后，就需要到計算機(jī)集群上進(jìn)行超級計算與大數(shù)據(jù)比對了。隨著采集到的樣本越來越多，數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，對算力資源和算法模型的要求也越來越高。在最新的研究工作中，一個比較復(fù)雜的分析，在德國超算平臺上就使用了120萬核時的算力資源，即一個CPU運行120萬小時，換算成以年為單位則是136.99年。

酷游娱乐官网登录入口浙江大學(xué)生命演化研究中心教授張國捷腦海里的一個奇思妙想，不但促成他和國內(nèi)外學(xué)者發(fā)起成立了萬種鳥類基因組計劃，還重構(gòu)并革新了現(xiàn)生鳥類的系統(tǒng)發(fā)育樹，厘清了現(xiàn)生鳥類各類群之間的關(guān)系，將現(xiàn)生鳥類最大的類群新鳥小綱分為奇跡鳥類、鴿鴇類、陸鳥類和全新確立的元素鳥類四個分支，解決了鳥類類群關(guān)系長達(dá)一個多世紀(jì)的爭議，為正確理解鳥類物種演化提供堅實基礎(chǔ)。

此后一個多世紀(jì)，國際上利用鳥類研究生物學(xué)和生態(tài)學(xué)問題的研究人員眾多。對于鳥類生命之樹的研究，主要根據(jù)鳥類的翅膀、羽毛羽色、喙、頸部等形態(tài)的不同，進(jìn)行分門別類。但是，不同鳥類群體在相同環(huán)境下可能形成相似形態(tài)，不同鳥類之間還會出現(xiàn)跨物種雜交及基因交流現(xiàn)象，單純依據(jù)形態(tài)難以準(zhǔn)確回答鳥類之間的關(guān)系。

20世紀(jì)DNA(脫氧核糖核酸)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，促使通過DNA相似度解析不同物種之間的親緣關(guān)系，成為主流方法。2008年，在中國科學(xué)院昆明動物研究所讀博士期間，張國捷看到《科學(xué)》雜志上一篇用10多個鳥類DNA片段來破解鳥類生命之樹的文章。不過，這個工作只將新鳥小綱里的不同類群，用“梳”狀樹來展示它們來自共同祖先，沒有厘清不同類群出現(xiàn)的先后順序，以及親緣遠(yuǎn)近的問題。因此，并未真正解決過去鳥類生命之樹的爭議。

“生命系統(tǒng)在漫長的演化過程中做了無數(shù)次實驗，各種各樣的物種通過DNA改變產(chǎn)生特殊性狀和功能，適應(yīng)特殊環(huán)境。這對我們理解和利用基因功能具有重要的啟示?！睆垏菡f。

地球上，現(xiàn)生鳥類有1萬多種。達(dá)爾文1835年考察加拉帕戈斯群島時，發(fā)現(xiàn)不同島上鳥類的喙不一樣，比如取食果實鳥的喙呈鑿狀，取食仙人掌鳥的喙尖而長，取食種子鳥的喙粗而尖，取食昆蟲鳥的喙細(xì)而長等。他受此啟發(fā)提出共同祖先和自然選擇演化的理論。

浙江大學(xué)生命演化研究中心研究員馮少鴻通過對雀形目鳥類基因組的研究發(fā)現(xiàn)，有許多古病毒插入鳥類基因組里。大約在兩三千萬年前，其中一類“逆轉(zhuǎn)錄病毒K”伴隨雀形目鳥類物種輻射性演化歷程，不斷插入并被清除。越是近期產(chǎn)生的雀鳥物種，這類病毒殘留序列的拷貝數(shù)越多，其中一些病毒的殘留序列被鳥類廢物利用，可以作為開關(guān)調(diào)控雀鳥大腦基因表達(dá)。

張國捷團(tuán)隊通過分析發(fā)現(xiàn)，企鵝最早是在澳新南部島嶼，然后遷到南極、非洲南部，再到南美洲，往北遷到加拉帕戈斯群島，不同企鵝物種之間的分化，與地球上新的島嶼形成和海洋洋流密切相關(guān)。

張國捷提出，能不能利用更為完整的全基因組數(shù)據(jù)，把鳥類生命之樹從“梳子”結(jié)構(gòu)變成“二叉樹”？當(dāng)時，國內(nèi)外鳥類分類學(xué)領(lǐng)域持兩種截然不同的態(tài)度。一種是較為悲觀態(tài)度，認(rèn)為以當(dāng)時的技術(shù)要收集大量鳥類物種的基因組，是不可能完成的。另一種是比較開放的態(tài)度，認(rèn)為新的數(shù)據(jù)可能帶來希望。

張國捷與合作者一起從每個項目中選取代表物種樣本進(jìn)行全基因組測序，歷經(jīng)4年，發(fā)表了第一階段的一系列研究成果，其中有8篇相關(guān)文章在2014年12月的國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》同期發(fā)表。

張國捷說，企鵝從飛行變?yōu)樵诤＠餄撍?，與它最近的類群是誰至今眾說紛紜。有的說是海鷗，有的說是南美洲和澳大利亞的瀕海物種，但都缺乏完整的證據(jù)鏈。

據(jù)他介紹，目前團(tuán)隊已經(jīng)完成6000多個物種鳥類的DNA樣本采集，80%是通過項目合作方的自然歷史博物館冷凍館藏樣本獲取，20%是組織科研人員重新捕捉活鳥樣本采集。

目前，萬種鳥基因組計劃完成的基因組解析工作，揭示了鳥類一些鮮為人知的奧秘。萬種鳥基因組計劃發(fā)起者之一、中國科學(xué)院動物研究所研究員雷富民研究高原特色物種地山雀，通過基因測序揭示地山雀是如何適應(yīng)高原環(huán)境的，它們即使在高原飛得高，也不會出現(xiàn)高原反應(yīng)。

隨后，他聯(lián)合多個學(xué)者和機(jī)構(gòu)共同發(fā)起國際聯(lián)合攻關(guān)項目——萬種鳥基因組計劃，旨在構(gòu)建約10500種鳥類的基因組圖譜，構(gòu)建所有現(xiàn)生鳥類物種的生命之樹。

通過萬種鳥基因組計劃，奇跡鳥類作為新鳥類的基部類群的系統(tǒng)發(fā)育位置，得以重新確認(rèn)。此類鳥因其外表華麗與行為奇異而聞名，但其系統(tǒng)發(fā)育位置也時常引起爭論。如火烈鳥曾被錯誤地歸進(jìn)今顎下綱的各種分支里，則曾被錯誤地分類進(jìn)潛鳥目；奇跡鳥類也因其水邊棲息的生活習(xí)性等因素，被錯誤地認(rèn)為與濱鳥以及鷺形類鳥類親緣關(guān)系更近。依據(jù)新的鳥類生命之樹，奇跡鳥類被劃分為新鳥小綱的基部類群，是其他所有新鳥類的“姐妹群”。

渡渡鳥是一種300多年前才滅絕的鳥類。過去，渡渡鳥生活在印度洋毛里求斯島上，由于沒有天敵，生活太好，很肥很笨，翅膀退化不會飛了，直接把蛋產(chǎn)在地上。人類大航海時代，把各種家養(yǎng)動物和老鼠帶到島嶼并快速繁衍，急劇破壞了渡渡鳥的生活環(huán)境，產(chǎn)下的蛋被這些外來物種蠶食，最終導(dǎo)致其滅絕。