神奇的哺乳動(dòng)物-鴨嘴獸

據(jù)說，1880年，當(dāng)一個(gè)動(dòng)物標(biāo)本從澳大利亞送到倫敦時(shí)，曾使英國有名的生物學(xué)家們大發(fā)雷霆。他們斷言，這個(gè)標(biāo)本是幾種不同的動(dòng)物拼湊起來的，并揚(yáng)言要追查是什么人敢如此惡作劇。神奇的哺乳動(dòng)物——鴨嘴獸科學(xué)分類基本介紹體型特點(diǎn)生活習(xí)性生殖繁衍生物學(xué)意義科學(xué)研究科學(xué)分類中文學(xué)名：鴨嘴獸拉丁學(xué)Ornithorhynchus

anatinus別稱：鴨獺界：動(dòng)物界門：脊索動(dòng)物門亞門：脊椎動(dòng)物亞門綱：哺乳綱亞綱：原獸亞綱目：單孔目科：鴨嘴獸科屬：鴨嘴獸屬種：鴨嘴獸分布區(qū)域：澳大利亞東部約克角至南澳大利亞之間，塔斯馬尼亞島英文名稱：Platypusduckbill，Duckmole鴨嘴獸是最古老而又十分原始的哺乳動(dòng)物，早在2500萬年前就出現(xiàn)了。它本身的構(gòu)造，提供了哺乳動(dòng)物由爬行類進(jìn)化而來的許多證據(jù)。鴨嘴獸的細(xì)胞中有5對(duì)彼此獨(dú)立的染色體，它們?cè)诩?xì)胞分裂時(shí)會(huì)聚合在一起，并且決定了鴨嘴獸個(gè)體的性別：帶有10個(gè)X染色體便是雌性，帶有5個(gè)X染色體和5個(gè)Y染色體的便是雄性。理論上鴨嘴獸可能會(huì)擁有25種不同的性別，但是這一現(xiàn)象在實(shí)際中并未發(fā)生?；窘榻B2000年澳大利亞悉尼奧運(yùn)會(huì)吉祥物澳大利亞發(fā)行鴨嘴獸金幣動(dòng)畫片中人物因追求鴨嘴獸標(biāo)本和珍貴毛皮，多年濫捕使鴨嘴獸種群嚴(yán)重衰落，曾一度面臨絕滅的危險(xiǎn)。現(xiàn)在已列為國際保護(hù)動(dòng)物。瀕臨滅絕的奇特物種

無毛猿是一種奇特的瀕臨滅絕物種，這種猿類身體上不長毛發(fā)，而且是半水棲生活，目前全球范圍內(nèi)它們的數(shù)量非常稀少。小山猴生活在南美洲，學(xué)名叫“MonitoDelMo”，它是一種有袋目哺乳動(dòng)物，它從澳大利亞移居至南美洲已很長時(shí)間。它的體形很小，成年體僅有5英寸長，小山猴是一種夜間活動(dòng)食肉性動(dòng)物，它最不同尋常的就是尾巴，尾巴可以存儲(chǔ)脂肪，使其長時(shí)間內(nèi)無須吃食物。針鼴是最原始的哺乳動(dòng)物之一，生活在澳大利亞各地,寒冷時(shí)會(huì)冬眠。已經(jīng)存在了8000萬年左右；還是現(xiàn)存僅有的兩種單孔目動(dòng)物之一，另一種是鴨嘴獸。黃眼企鵝是新西蘭本土物種，是世界上非常罕見和最奇特的企鵝物種。它們可以潛水抵達(dá)400英尺以下的水域，喜歡遠(yuǎn)離海岸20英里尋找食物，它們更傾向于在森林里筑巢，而不在海岸附近。據(jù)悉，黃眼企鵝更傾向于群居生活，這是由于海岸森林采伐將使這種外形奇特的企鵝處于危險(xiǎn)境地。儒艮是海牛的近親，也與大象具有一定的親緣關(guān)系。這種動(dòng)物最為奇特的特征是長著像鯨一樣的裂尾。人們通常將懦艮稱為美人魚，與傳說和神話相聯(lián)系在一起。目前，由于偷獵行徑懦艮已是一種瀕臨滅絕物種，一些偷獵者獵殺它們目的在于懦艮肉、體油和骨骼。指狐猴的外形與蝙蝠有一些相似之處，它是靈長類哺乳動(dòng)物中唯一使用回聲定位能力捕獵的物種，它們生活在帶有一個(gè)小洞的球形巢穴。它們會(huì)用長而苗條的中指敲打樹干，從而發(fā)現(xiàn)美味的昆蟲，然后再用中指抓住昆蟲?；蛟S由于它們不同尋常的大眼睛和大耳朵，馬達(dá)加斯加島的土著居民認(rèn)為指狐猴是“惡魔”或者將給人們帶來厄運(yùn)，因此當(dāng)?shù)孛孕诺木用駥?duì)指狐猴進(jìn)行大肆獵殺。溝齒鼠是生活在古巴和希斯帕那拉島的一種哺乳動(dòng)物，它的牙齒可以射出類似響尾蛇毒液一樣的液體。溝齒鼠屬于一種雜食性動(dòng)物，它們通常是吃香蕉樹落下的葉子，有時(shí)也會(huì)吃腐爛的動(dòng)物尸體以及一些昆蟲，它是生態(tài)系統(tǒng)中至關(guān)重要的一支物種。多年以來，科學(xué)家都一直以為溝齒鼠已滅絕消失，但2003年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)溝齒鼠仍少數(shù)存活著。它們是最瀕臨滅絕的物種之一。

洞螈可以生存100年，甚至它們可以在長達(dá)10年內(nèi)不吃任何食物。它們主要生活在意大利和克羅地亞的地下水域環(huán)境，洞螈皮膚類似于人類。不同于其他兩棲動(dòng)物，它們一生都生活在水環(huán)境中，另一種古怪特征其幼體長有腮。洞螈因達(dá)爾文而聞名于世。達(dá)爾文在他的的著作《物種起源：用進(jìn)廢退》第五章中描述洞穴生物時(shí)記載過，他稱它們?yōu)椤斑h(yuǎn)古生命的殘骸”。體型特點(diǎn)單孔類哺乳動(dòng)物長相怪異它的體溫很低，而且能夠迅速波動(dòng)。

用毒液自衛(wèi)的哺乳動(dòng)物毒汁：在鴨嘴獸的后足上，有一根大約15毫米長的小刺。鴨嘴獸的毒汁就存在那根小刺里。但只有雄性鴨嘴獸才有毒汁。不像蛇的毒汁時(shí)刻揣在身上，鴨嘴獸的毒汁，一般只在春冬兩季交配和孵育下一代時(shí)才會(huì)出現(xiàn)。在交配的季節(jié)，為了贏得雌性鴨嘴獸的芳心，此時(shí)它們才有必要亮出自己的武器，即存儲(chǔ)在小刺里的毒汁，借此來打敗其他的競爭對(duì)手；或者在孵育的季節(jié)，為了保護(hù)自己的領(lǐng)地不被侵犯，它們就會(huì)用毒汁來對(duì)付入侵者。危險(xiǎn)性：經(jīng)過長時(shí)間的研究，一般認(rèn)為鴨嘴獸的毒汁不會(huì)對(duì)人體造成什么生命危險(xiǎn)，只是會(huì)引起局部疼痛，有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生劇痛。但可怕的是，伴隨著疼痛，那毒汁還會(huì)產(chǎn)生一種十分難聞的氣體，甚至?xí)S持好幾個(gè)月才會(huì)消散。但若對(duì)一般的動(dòng)物而言，比如狗，鴨嘴獸的毒汁可是致命毒劑?？茖W(xué)家曾觀察發(fā)現(xiàn)毒汁對(duì)于同類也有作用?？茖W(xué)價(jià)值：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，鴨嘴獸的毒汁其實(shí)來源十分簡單。它們沒有專門產(chǎn)生毒汁的毒腺，僅僅是體內(nèi)產(chǎn)生的某種有毒蛋白質(zhì)，存儲(chǔ)在后足的小刺里?？茖W(xué)家還研究發(fā)現(xiàn)，這種毒汁所含的蛋白質(zhì)對(duì)癌癥患者有幫助，能夠減緩他們的病情。隨著科學(xué)家對(duì)鴨嘴獸毒汁不斷的研究，說不定在未來，這種毒汁的蛋白質(zhì)會(huì)成為治療癌癥患者的良藥。生活習(xí)性鴨嘴獸是夜行性生物，它們慣于白天睡覺，夜晚活動(dòng)。鴨嘴獸分布在澳大利亞南部及塔斯馬尼亞島，是水陸兩棲動(dòng)物，平時(shí)喜穴居水畔，常把窩建造在沼澤或河流的岸邊，洞口開在水下，包括山澗、死水或污濁的河流，湖泊和池塘。它在岸上挖洞作為隱蔽所，洞穴與毗連的水域相通。鴨嘴獸的皮毛有油脂，能保持它身體在較冷的水中仍保持溫暖。在水中游泳時(shí)它是閉著眼的，靠電信號(hào)及其觸覺敏感的鴨嘴尋找在河床底的食物。它以貝類、蠕蟲及甲殼類小動(dòng)物以及昆蟲幼蟲和其他多種動(dòng)物性食物和一些植物為食，其食量很大，每天所消耗食物與自身體重相等。生殖繁衍鴨嘴獸母體雖然也分泌乳汁哺育幼仔成長，但卻不是胎生而是卵生。母鴨嘴獸一次生兩個(gè)蛋，白色半透明，殼上帶有一層膠質(zhì)。母鴨嘴獸將蛋放在尾部及腹部之間，然后蜷縮著身體包圍著蛋。兩星期后，小獸脫殼而出，但眼睛看不見，身上沒有毛，不能覓食，全靠媽媽喂奶。母體沒有乳房和乳頭，在腹部兩側(cè)分泌乳汁，幼仔就伏在母獸腹部上舔食。生物學(xué)意義英國牛津大學(xué)教授克里斯·龐廷說：“鴨嘴獸的基因組極其重要，因?yàn)樗碇覀儗?duì)哺乳動(dòng)物進(jìn)化理解的缺失環(huán)節(jié)，可以幫助我們更好理解這一點(diǎn)?！泵绹A盛頓大學(xué)研究人員理查德·威爾遜說：“通過比較鴨嘴獸和其他哺乳類動(dòng)物的基因組，我們可以研究進(jìn)化進(jìn)程中保存下來的基因。”科學(xué)研究2008年5月8日，基因組測序完成包含部分鳥類基因，部分爬行動(dòng)物類基因以及部分哺乳動(dòng)物類基因。發(fā)現(xiàn)新的免疫球蛋白類型heJournalofImmunology,2009,183,3858-3864ExpressionofIgM,IgD,andIgYinaReptile,Anoliscarolinensis1ZhiguoWei2,*,QianWu2,*,LimingRen*,Xiaoxiang

Hu*,YingGuo*,GregoryW.Warr3,,Lennart

Hammarstr?m,NingLi4,*andYaofengZhao4,**StateKeyLaboratoryofAgrobiotechnology,CollegeofBiologicalSciences,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing,PeoplesRepublicofChina;

MedicalUniversityofSouthCarolina,MarineBiomedicineandEnvironmentalSciencesCenter,Charleston,SC29425;and

DivisionofClinicalImmunology,DepartmentofLaboratoryMedicine,KarolinskaUniversityHospitalHuddinge,Stockholm,SwedenThereptilesarethelastmajorgroupofjawedvertebratesinwhichtheorganizationoftheIGHlocusanditsencodedIgHchainisotypeshavenotbeenwellcharacterized.Inthisstudy,weshowthatthegreenanolelizard(Anolis

carolinensis)expressesthreeIgHchainisotypes(IgM,IgD,andIgY)butnoIgA.Thepresenceofthe

geneinthelizarddemonstratesanevolutionarycontinuityofIgDfromfishestomammals.Althoughthegermline

genecontains11CHexons,onlythefirst4areusedintheexpressedIgDmembrane-boundform.TheμchainlacksthecysteineinCH1thatformsadisulfidebondbetweenHandLchains,suggestingthat(asinIgMofsomeamphibians)theHandLpolypeptidechainsarenotcovalentlyassociated.AlthoughconventionalIgMtranscripts(fourCHdomains)encodingbothsecretedandmembrane-boundformsweredetected,alternativelysplicedtranscriptsencodingashortmembrane-boundformwerealsoobservedandshowntolackthefirsttwoCHdomains(VDJ-CH3-CH4-transmembraneregion).SimilartoduckIgY,lizardIgYHchain()transcriptsencodingbothfull-lengthandtruncated(IgYFc)forms(withtwoCHdomains)wereobserved.TheabsenceofanIgA-encodinggeneinthelizardIGHlocussuggestsacomplexevolutionaryhistoryforIgAinthesaurianlineageleadingtomodernbirds,lizards,andtheirrelatives.1ThisworkwassupportedbyNationalScienceFundforDistinguishedYoungScholarsGrant30725029,ProgramforNewCenturyExcellentTalentsinUniversityofChina,NationalKeyBasicResearchProgramGrant2006CB102100,andNationalNaturalScienceFoundationofChinaGrant30671497.

ThismaterialisbasedinpartonworksupportedbytheNationalScienceFoundation.Anyopinion,finding,andconclusionsorrecommendationsexpressedinthismaterialarethoseoftheauthoranddonotnecessarilyreflecttheviewsoftheNationalScienceFoundation.

2Z.W.andQ.W.contributedequallytothiswork.

3Currentaddress:DivisionofMolecularandCellularBiosciences,NationalScienceFoundation,4201WilsonBoulevard,Arlington,VA22230.

4AddresscorrespondenceandreprintrequeststoDr.YaofengZhao,StateKeyLaboratoryofAgrobiotechnology,CollegeofBiologicalSciences,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,PeoplesRepublicofChina.

orDr.NingLi,StateKeyLaboratoryofAgrobiotechnology,CollegeofBiologicalSciences,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,PeoplesRepublicofChina.

5Abbreviationsusedinthispaper:IGH,IgHchaingene;IGL,IgLchaingene;BLAST,basiclocalalignmentsearchtool;NCBI,NationalCenterforBiotechnologyInformation;IgSF,Ig

superfamily;TM,transmembraneregion;sIg,secretory

Ig.

6Theonlineversionofthisarticlecontainssupplementalmaterial.TheJournalofImmunology,2009,183,3285-3293Ornithorhynchus

anatinus(Platypus)LinkstheEvolutionofImmunoglobulinGenesinEutherianMammalsandNonmammalianTetrapods1,2YaofengZhao3,4,*,HuitingCui3,*,CamillaM.Whittington,ZhiguoWei*,XiaofengZhang,ZidingZhang,LiYu?,LimingRen*,Xiaoxiang

Hu*,YapingZhang?,LarsHellman||,KatherineBelov,NingLi4,*andLennartHammarstr?m4,#*StateKeyLaboratoryofAgrobiotechnology,CollegeofBiologicalSciences,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing,People’sRepublicofChina;

FacultyofVeterinaryScience,UniversityofSydney,Sydney,Australia;

CentreforStructuralBiochemistry,Karolinska

InstitutetatNovum,Huddinge,Sweden;

BioinformaticsCenter,CollegeofBiologicalSciences,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing,People’sRepublicofChina;?LaboratoryforConservationandUtilizationofBio-resources,YunnanUniversity,Kunming,China;||DepartmentofCellandMolecularBiology,BiomedicalCenter,Uppsala,Sweden;and#DivisionofClinicalImmunology,DepartmentofLaboratoryMedicine,Karolinska

InstitutetatKarolinskaUniversityHospitalHuddinge,Stockholm,SwedenTheevolutionaryoriginsofmammalianimmunoglobulinHchainisotypes(IgM,IgD,IgG,IgE,andIgA)arestillincompletelyunderstoodastheseisotypesdifferconsiderablyinstructureandnumberfromtheircounterpartsinnonmammalian

tetrapods.Wereportinthisstudythattheplatypus(Ornithorhynchus

anatinus)IgHchainconstantregiongenelocuscontainseightIgencodinggenes,whicharearrangedinanμ--o-2-1-1--2order,spanningatotalof200kbDNA,encodingsixdistinctisotypes.Theo(oforOrnithorhynchus)geneencodesanovelIgHchainisotypethatconsistsoffourconstantregiondomainsandahinge,andisstructurallydifferentfromanyofthefiveknownmammalianIgclasses.Thisgeneisphylogeneticallyrelatedto

()and,andthusappearstobeastructuralintermediatebetweenthesetwogenes.Theplatypus

geneencodestenheavychainconstantregiondomains,lacksahingeregionandissimilartoIgDinamphibiansandfish,butstrikinglydifferentfromthatineutherianmammals.TheplatypusIgHchainisotyperepertoirethusshowsauniquecombinationofgenesthatsharesimilaritybothtothoseofnonmammalian

tetrapodsandeutheriananimalsanddemonstrateshowphylogeneticallyinformativespeciescanbeusedtoreconstructtheevolutionaryhistoryoffunctionallyimportantgenes.

J.Immunology：鴨嘴獸中發(fā)現(xiàn)新免疫球蛋白類型

澳大利亞、瑞典科學(xué)家以及云南大學(xué)張亞平院士研究組、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院張子丁教授合作研究發(fā)現(xiàn)在一種原始哺乳動(dòng)物鴨嘴獸中發(fā)現(xiàn)了一種新的免疫球蛋白類型并命名為IgO(theJournalofImmunology,2009,183(5):3285-93)。IgO是近幾十年來在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的除IgM,IgD,IgG,IgA和IgE外的唯一新類型，它包括四個(gè)固定區(qū)結(jié)構(gòu)域和一個(gè)鉸鏈區(qū)結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為低等動(dòng)物IgY與哺乳動(dòng)物IgG的中間體形式而且與兩者均具有基因序列同源性，明確證明了哺乳動(dòng)物IgG來源于低等動(dòng)物的IgY。同時(shí)他們發(fā)現(xiàn)鴨嘴獸IgD（包含10個(gè)固定區(qū)結(jié)構(gòu)域,無鉸鏈區(qū)）與高等哺乳動(dòng)物IgD結(jié)構(gòu)（2到3個(gè)固定區(qū)結(jié)構(gòu)域和一段鉸鏈區(qū)）上具有顯著差異，但與魚類、兩棲類和爬行類IgD結(jié)構(gòu)上相同。這些結(jié)果表明作為最原始的哺乳動(dòng)物，鴨嘴獸免疫球蛋白基因同時(shí)混合了高等哺乳動(dòng)物與低等脊椎動(dòng)物的特征。所謂單孔類動(dòng)物，是指處于爬蟲類動(dòng)物與哺乳類動(dòng)物中間的一種動(dòng)物。它雖比爬蟲類動(dòng)物進(jìn)步，但尚未進(jìn)化到哺乳類動(dòng)物。兩者相同之處在于都用肺呼吸，身上長毛，且是熱血；而單孔類動(dòng)物又以產(chǎn)卵方式繁殖，因此保留了爬蟲類動(dòng)物的重要特性。鴨嘴獸長約40厘米，全身裹著柔軟褐色的濃密短毛，腦顱與針鼴相比，較小，大腦呈半球狀，光滑無回。四肢很短，五趾具鉤爪，趾間有薄膜似的蹼，酷似鴨足，在行走或挖掘時(shí)，蹼反方向褶于掌部。身上長毛，喙部扁平，形似鴨嘴，嘴內(nèi)有寬的角質(zhì)牙齦，但沒有牙齒，尾大而扁平，占體長的1/4，在水里游泳時(shí)起著舵的作用。Nature

453,175-183(8May2008)|

doi:10.1038/nature06936GenomeanalysisoftheplatypusrevealsuniquesignaturesofevolutionAlistofauthorsandtheiraffiliationsappearsattheendofthepaperGenomeSequencingCenter,WashingtonUniversitySchoolofMedicine,CampusBox8501,4444ForestParkAvenue,StLouis,Missouri63108,USA.AustralianNationalUniversity,Canberra,AustralianCapitalTerritory0200,Australia.EMBL-EBI,WellcomeTrustGenomeCampus,Hinxton,CambridgeCB101SD,UK.MRCFunctionalGeneticsUnit,UniversityofOxford,DepartmentofHumanPhysiology,AnatomyandGenetics,SouthParksRoad,OxfordOX13QX,UK.DisciplineofGenetics,SchoolofMolecular&BiomedicalScience,TheUniversityofAdelaide,5005SouthAustralia,Australia.FacultyofVeterinaryScience,TheUniversityofSydney,Sydney,NewSouthWales2006,Australia.CenterforComparativeGenomicsandBioinformatics,ThePennsylvaniaStateUniversity,UniversityPark,Pennsylvania16802,USA.WellcomeTrustSangerInstitute,WellcomeTrustGenomeCampus,Hinxton,CambridgeCB101SA,UK.CambridgeUniversity,DepartmentofVeterinaryMedicine,MadingleyRoad,CambridgeCB30ES,UK.Instituto

UniversitariodeOncologia,DepartamentodeBioquimicayBiologiaMolecular,UniversidaddeOviedo,33006-Oviedo,Spain.DepartmentofGenomeSciences,HowardHughesMedicalInstitute,UniversityofWashington,Seattle,Washington98195,USA.TheWalterandElizaHallInstituteofMedicalResearch,Parkville,Victoria3050,Australia.CrownHumanGenomeCenter,DepartmentofMolecularGenetics,WeizmannInstituteofScience,Rehovot76100,Israel.JohnCurtinSchoolofMedicalResearch,TheAustralianNationalUniversity,Canberra,AustralianCapitalTerritory0200,Australia.InstituteforSystemsBiology,1441North34thStreet,Seattle,Washington98103-8904,USA.DepartmentofZoology,TheUniversityofMelbourne,Victoria3010,Australia.MonashInstituteofMedicalResearch,27–31WrightStreet,Clayton,Victoria3168,Australia.DepartmentofBiologicalSciences,CenterforBio-ModularMulti-ScaleSystems,LouisianaStateUniversity,202LifeSciencesBuilding,BatonRouge,Louisiana70803,USA.SchoolofBiologicalSciences,UniversityofCanterbury,PrivateBag4800,Christchurch8140,NewZealand.InstituteofExperimentalPathology,UniversityofMuenster,Von-Esmarch-Strasse56,D-48149Muenster,Germany.ColdSpringHarborLaboratory,HowardHughesMedicalInstitute,ColdSpringHarbor,NewYork11724,USA.VictorianBioinformaticsConsortium,MonashUniversity,Clayton,Victoria3080,Australia.CRCforInnovativeDairyProducts,DepartmentofZoology,UniversityofMelbourne,Victoria3010,Australia.DepartmentofBiology,WestVirginiaUniversity,Morgantown,WestVirginia26505,USA.MPIMolecularGenetics,D-14195Berlin-Dahlem,Ihnestrasse73,Germany.SperlingFoundation,Eugene,Oregon97405,USA.CourantInstitute,NewYorkUniversity,NewYork,NewYork10012,USA.DisciplineofBiologicalSciences,SchoolofEnvironmentalandLifeSciences,UniversityofNewcastle,NewSouthWales2308