新的水母基因组证明，你不需要奇怪的基因才能成为怪人

人类在青春期过得非常轻松。从青蛙到蚂蚁，绝大多数动物物种都会经历两次或多次不同的生命，体型、饮食和环境都完全不同。

但水母的生命周期非常激进，很难称之为转变。海滩游客所知道和害怕的斑点状海洋蘑菇只是生物冰山一角。如果你可以问这种生物（它也能回答），它可能会告诉你，它认为自己的主要形态是不起眼的“息肉”——海底的一根小杆，会喷出细长的水母，也就是我们所说的水母。

一种拥有固定基因的动物如何既能成为半永生的斑点工厂，又能成为短命的捕食者，这仍是一个谜，但生物学家已朝着这个方向迈出了一大步。经过多年的艰苦努力，一组进化生物学家在《科学》杂志上发表了一篇新论文，公布了月亮水母Aurelia aurita的基因组。他们的研究结果表明，与直觉相反， Aurelia过着双重生活，根本不需要借助太多的基因诡计。

“水母最奇怪的一点就是它们很正常，”加州大学戴维斯分校的古生物学家、论文作者之一大卫·戈尔德 (David Gold) 说。他关于月亮水母的研究是“真水母”群体中第一个被发表的基因组。（今年夏天，另一种水母的基因组出现在 bioRxiv 的在线收藏中，但尚未经过同行评审。）

由于月亮水母易于饲养，而且没有刺痛感，因此它已成为实验室和水族馆的常客，其基因序列也因此成为一种抢手的商品。北卡罗来纳大学阿什维尔分校的水母研究员丽贝卡·赫尔姆说：“我很久以来就想要这些数据。我曾带大卫出去喝啤酒，然后问他：‘好吧，大卫，基因组什么时候出来？’”

研究团队将研究分为两个部分。他们首先将 DNA 碎片按正确顺序组装起来。大约一半的字符串重复性太强，几乎无法区分，就像一半是云的拼图，而且有数亿块。一旦他们确信 DNA 序列通过了健全性检查，例如基因总数正确，并包含了动物“必备”的基因，如基本细胞功能，他们就开始对生物的 RNA 进行测序。

RNA 可以告诉你在某一时刻哪些基因处于活跃状态并制造蛋白质，因此它是找出是什么让静止的息肉从所有这些游动的水母（水母最容易辨认的形式）中射出的完美工具。通过比较六个生命阶段中每个阶段的活跃基因，他们绘制出了基因组在每个阶段的活动图景。总的来说，这项工作花了大约七年时间。

戈尔德预计，变态的关键在于水母独有的基因，而不是它们与珊瑚和海葵等亲属共享的基因，珊瑚和海葵只能以水螅体的形式生存。他推测，当它们以水母的形式挣脱束缚时，这些水母独有的基因就会在那个特定时刻开始超速运转。

但研究小组发现并非如此。相反，在其生命周期的每个阶段，奥雷利亚都相对均匀地从其特殊基因库和珊瑚和海葵中发现的祖先基因中汲取基因。除了一些例外，这种生物似乎几乎没有新的遗传机制来驱动它们惊人的转变——这一结果与普遍的假设相悖，即动物必须经历许多突变才能进化出新的形状和能力。

新的基因组表明，该种群的进化史有两种方式。也许简单的水螅体首先出现，然后环境压力导致一个种群重新利用旧基因进行转变，从而进入游泳水母阶段并分裂成为现代水母。

或者相反的情况也可能发生。也许共同祖先从水螅和水母的多阶段生命周期开始，然后一些种群失去了水母阶段，变成了珊瑚和海葵。当今水母所特有的遗传技巧相对匮乏，这意味着它的进化可能是双向的。“我们倾向于认为，越复杂的生物就越有可能成为进化程度更高的生物，”戈尔德说。“我们一次又一次地看到事实并非如此。有些动物随着时间的推移变得更简单。”

特立独行的水母从不羞于打破生物学家的预期。许多海洋生物不知何故完全放弃了水螅阶段，比如毛毛虫决定跳过蛹期直接飞向天空。“昆虫种类超过一百万种，但没有一种能做到这一点，”赫尔姆说。“如果发生一次就已经太多了，但这种情况（在水母中）至少发生过四次。”

了解水母在其生命周期内以及在进化记录中如何重塑自我，将有助于了解海胆、鳗鱼和甲虫等变形动物如何发展、维持甚至可能失去其复杂的生命周期。这个案例强调了自然选择可以通过多种方式赋予动物新的特征：它可以迫使它们开发新的基因，或者更新它们使用已有基因的方式。

赫尔姆将基因比作管弦乐队中的乐器，将动物的形态比作它们演奏的歌曲。轰鸣的长号构成一个舞台，而鸣叫的长笛则产生另一个舞台。为了混合起来，你可以添加新的乐器，或者像水母那样，重新利用旧乐器来发出截然不同的声音。

由此产生的研究问题也同样多种多样。戈尔德与来自 7 个不同机构的 10 名研究人员合作。他想弄清楚在骨骼生物出现之前不久进化的Aurelia能揭示出最早动物的环境。神经生物学家希望了解没有大脑的动物如何感知和捕食浮游生物。其他人感兴趣的是水螅体几乎坚不可摧——基本上你可以把它混合起来，细胞会找到重新组合的路——而水母却如此脆弱。

水母的生命周期对我们来说似乎如此陌生，这证明我们用狭隘的眼光看待生命之树，赫尔姆说，只关注熟悉的有脊椎和大脑的动物。而每个基因组测序都代表着我们朝着发现单一物种的异常迈出了一步。“我们对水母等动物如何在世界上生存知之甚少，”她说。“添加这些额外的基因组意味着我们可以真正开始形成一种不带偏见的视角来看待动物的意义。”

更正 12/6：本文早期版本错误陈述了 Rebecca Helm 的所属机构。她所属机构是北卡罗来纳大学阿什维尔分校。我们对此错误深表遗憾。