計算工具促進了新的和改進的鳥類家譜的重建

2025-12-05 06:33:17 分類：休閑 閱讀(74)

最新的鳥類家譜發表在《自然》雜志上，描繪了363種鳥類之間9300萬年的工具進化關系。來源：uux.cn《自然》雜志
（神秘的促進青島外圍（香港外圍女）外圍預約（電話微信181-2989-2716）提供頂級外圍女上門，優質資源可滿足你的一切要求地球uux.cn）據加州大學圣地亞哥分校：一個國際科學家團隊建立了迄今為止最大、最詳細的和改鳥類家譜，這是鳥類一張復雜的圖表，描繪了363種鳥類之間9300萬年的計算進的家譜建進化關系，占所有鳥類家族的工具92%。
這一進步之所以成為可能，促進很大程度上要歸功于加州大學圣地亞哥分校工程師開發的和改尖端計算方法，以及該校圣地亞哥超級計算機中心最先進的鳥類超級計算資源。這些技術使研究人員能夠高精度、計算進的家譜建快速地分析大量的工具青島外圍（香港外圍女）外圍預約（電話微信181-2989-2716）提供頂級外圍女上門，優質資源可滿足你的一切要求基因組數據，為構建有史以來最全面的促進鳥類家譜奠定了基礎。
4月1日發表在《自然》雜志和《美國國家科學院院刊》上的和改兩篇補充論文詳細介紹了這一進展?！蹲匀弧冯s志報道了最新的鳥類家譜，揭示了6600萬年前恐龍滅絕的災難性大滅絕事件后鳥類進化史上的模式。
研究人員觀察到，早期鳥類的有效種群規模、替代率和相對大腦大小急劇增加，這為這一關鍵事件后推動鳥類多樣化的適應機制提供了新的線索。在發表在《美國國家科學院院刊》上的配套論文中，研究人員仔細檢查了新家譜的一個分支，發現火烈鳥和鴿子的親緣關系比之前的全基因組分析顯示的要遠。
這項工作是鳥類10000基因組（B10K）項目的一部分，該項目由哥本哈根大學、浙江大學和加州大學圣地亞哥分校領導，旨在為約10500種現存鳥類生成基因組序列草案。
“我們的目標是重建所有鳥類的整個進化史，”加州大學圣地亞哥雅各布工程學院電氣和計算機工程教授Siavash Mirarab說，他是《自然》論文的共同高級作者，也是《美國國家科學院院刊》論文的第一作者和共同通訊作者。
拼湊過去
這些研究的核心是一套被稱為ASTRAL的算法，Mirarab的實驗室開發了該算法，以前所未有的可擴展性、準確性和速度推斷進化關系。通過利用這些算法的力量，該團隊整合了來自60000多個基因組區域的基因組數據，為他們的分析提供了堅實的統計基礎。
研究人員隨后檢查了整個基因組中單個片段的進化史。從那里，他們拼湊出一個基因樹的馬賽克，然后將其匯編成一個綜合物種樹。這種細致的方法使研究人員能夠構建一個新的、改進的鳥類家譜，即使在歷史不確定的情況下，也能以驚人的精度和細節描繪復雜的分支事件。
米拉拉布說：“我們發現，為了解決鳥類之間的進化關系，我們在分析中添加數萬個基因的方法實際上是必要的?！??！澳阏娴男枰械幕蚪M數據來高度自信地恢復6500萬至6700萬年前這段時間發生的事情?！?br>該團隊之所以能夠在大規模數據集上進行這些分析，是因為Mirarab的實驗室設計了在強大的GPU機器上運行的計算方法。他們在加州大學圣地亞哥分校圣地亞哥超級計算機的“Expanse”超級計算機上進行計算。
米拉拉布說：“我們很幸運能夠使用這樣一臺高端超級計算機?！??！叭绻麤]有Expanse，我們將無法在合理的時間內在如此大的數據集上運行和重新運行我們的分析?！?br>研究人員還研究了不同基因組采樣方法對該樹準確性的影響。他們表明，兩種策略——對每個物種的許多基因進行測序，以及對許多物種進行測序——結合在一起對重建這一進化史很重要。
哥本哈根大學生物學教授、《自然》論文的主要作者Josefin Stiller說：“因為我們混合使用了這兩種策略，我們可以測試哪種方法對系統發育重建有更強的影響?！?。
“我們發現，從每個生物體中提取許多基因序列比從更廣泛的物種中提取更重要，盡管后一種方法有助于我們確定不同群體的進化時間?！?br>糾正過去
在他們先進的計算方法的幫助下，研究人員還能夠揭示他們在之前的一項研究中發現的一些不尋常的東西：鳥類基因組中一條染色體的特定部分數百萬年來一直保持不變，沒有預期的基因重組模式。
這種異?，F象最初導致研究人員錯誤地將火烈鳥和鴿子歸類為進化上的近親，因為基于這一不變的DNA片段，它們看起來關系密切。這是因為他們之前的分析是基于48種鳥類的基因組。
但通過使用363個物種的基因組重復他們的分析，出現了一個更準確的家譜，使鴿子與火烈鳥的距離更遠。此外，Mirarab及其同事利用由洛克菲勒大學神經生物學教授、合著者Erich Jarvis領導的脊椎動物基因組計劃（VGP）提供的六個高質量基因組，能夠檢測到并推定解釋這種令人驚訝的模式。
“令人驚訝的是，這段被抑制的重組期可能會誤導分析，”佛羅里達大學生物學教授、美國國家科學院院刊論文的共同通訊作者愛德華·布勞恩說。“因為它可能會誤導分析，所以在未來6000多萬年內，它實際上是可以檢測到的。這是最酷的部分?！?br>接下來的步驟
這項工作的影響遠遠超出了研究鳥類進化史的范圍。Mirarab實驗室開創的計算方法已成為重建各種其他動物進化樹的標準工具之一。
接下來，該團隊將繼續努力構建一幅完整的鳥類進化圖。生物學家正在對其他鳥類的基因組進行測序，希望將家譜擴大到包括數千個鳥類屬。
與此同時，Mirarab領導的計算科學家正在完善他們的算法，以適應更大的數據集，以確保未來研究中的分析能夠高速準確地進行。