生物的宏觀行為如何影響微觀的基因組演化，一直是演化生物學領域關注的前沿科學問題之一。近日，必威精装版app西汉姆联 雷富民研究員團隊與翟巍巍研究員團隊合作，在PLOS Biology發表了題為“Flight style and metabolism shape the tempo of genome evolution in birds”的研究論文。該研究發現，鳥類飛行方式等宏觀行為所帶來的代謝差異，會深刻地塑造基因組的演化速率。這一成果成功將宏觀層麵的行為特征與微觀層麵的演化機製緊密聯結，為理解基因組演化的驅動因素提供了全新證據。

前期研究發現，體重通常被認為是主導單核苷酸替換率（簡稱替換率）等基因組演化速率的核心因素，體型小的動物代謝快，替換率也快。然而，在矯正了體重這一因素後，替換率的殘餘差異（簡稱殘差）在鳥類類群之間依然存在明顯不同。令人驚奇的是，這部分差異與鳥類的飛行特點高度關聯：例如，擅長翱翔的鳥類其替換率殘差較低，而振翅飛行的鳥類則較高。

飛行方式這一宏觀行為，是通過怎樣的機製影響基因組的演化速率？研究人員假設，解釋這一現象的關鍵在於能量代謝。首先，不同飛行方式在能量代謝上存在巨大差異：禿鷲等鳥類在翱翔時心率接近靜息水平，而振翅飛行則表現出極高的能耗；其次，在細胞水平上，這種由振翅飛行引發的高強度代謝會產生大量活性氧（ROS），進而誘發 DNA 氧化損傷並導致突變。這些證據間接表明，能量代謝可能是連接飛行方式和基因組演化速率的橋梁。

為驗證這一假說，研究團隊利用萬種鳥類基因組項目（B10K）已發表的 363 種鳥類的全基因組序列，從三種不同機製的基因組演化速率指標切入，針對鳥類飛行、代謝和基因組演化速率的關聯展開了深入分析（圖1）。除了經典的替換率之外，研究團隊還計算了DNA缺失速率。研究發現，替換率和DNA缺失速率均易受到代謝相關的氧化損傷驅動。然而，由DNA 複製過程主導的微衛星分歧速率，對代謝變化相對不敏感。

 統計分析結果表明：在校正了世代時間與有效種群大小等幹擾因素後，替換率及 DNA 缺失速率與飛行方式呈現出顯著的相關性，微衛星分歧速率則與飛行方式沒有顯著關聯。為進一步闡明可能的生物學機製，研究團隊整合了心髒重量、野外代謝率以及衡量翼型功效的“飛行功效比率”，進行了深入的關聯分析。結果證實，飛行方式與心髒重量及飛行功效比率高度相關，且 DNA 缺失速率與代謝率也顯著相關。中介效應則從因果鏈條的角度進一步揭示，飛行功效比率在飛行方式與 DNA 缺失速率之間發揮了顯著的中介調節作用。 這有力地驗證了研究假說：飛行方式通過影響機體代謝水平，特異性地加速或減慢了那些受代謝驅動的基因組元件的演化。

綜上所述，該研究不僅係統闡明了鳥類基因組演化速率受到體重、飛行方式等多重宏觀因子的調控，也揭示了基因組不同演化元件（如單核苷酸、缺失及微衛星）具有不同的宏演化驅動力。更具啟發意義的是，過去演化生物學領域多聚焦於基因型如何決定表型，而這項工作提供了一個生動的反向視角：飛行方式等宏觀層麵的運動行為，能夠在漫長的演化過程中，反過來深刻地塑造微觀尺度上基因組的演化速度。

該項研究由必威精装版app西汉姆联 雷富民團隊與翟巍巍團隊協同多位國內外合作者共同完成，助理研究員季妍竹、博士研究生吳蕾為論文共同第一作者。合作參與單位包括河北師範大學、浙江大學、深圳華大生命科學研究院、鄭州師範學院、陝西中醫藥大學、淮陰師範學院、內布拉斯加大學科爾尼分校、阿伯丁大學、普渡大學、以及帝國理工學院等。該研究獲得了國家自然科學基金委麵上項目、重點項目，以及必威精装版app西汉姆联 自主部署等項目的資助。

原文鏈接：https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3003884

圖1. （A）本研究的流程圖以及（B）飛行方式等特征和基因組演化速率的展示