蚯蚓和它们的海洋表亲血虫看起来很像。所以，如果你从钓具店拿了一箱诱饵蠕虫，你不知道它们是来自土壤还是泥泞的海底，这是可以原谅的。但新的研究表明，海里/土里的蠕虫基因排列来看，你几乎不会认为它们是亲戚。这是因为数亿年前从海洋中爬出来的蠕虫已经完全重组了它们的基因，在染色体上有许多新的位点。就基因组结构而言，吸血虫看起来更像蛤蜊，而不是它住在泥土里的亲戚。

“到目前为止，在研究的动物中，环带纲动物的基因组混乱程度最高，”中央研究院生物多样性研究中心的进化生物学家Yi-Jyun Luo说。今年，在研究环节动物(包括所有分段蠕虫的门)时，他领导了三个独立得出这一结论的小组之一。

淡水蠕虫和它们在陆地上的亲戚是如何经历如此大规模的基因重组的——更有趣的是为什么——目前还是一个谜，但有迹象表明，这有助于无脊椎动物离开海洋。“所有这些变化和栖息地转移之间存在明显的相关性，”Rosa Fernández说，她是进化生物学研究所CSIC-UPF的进化生物学家，领导了一个团队，他们在5月份以三种预印本的形式发布了他们的证据，其中一种完成了同行评审，并于本月发表。

维康桑格研究所(Wellcome Sanger Institute)的进化生物学家Joana Meier称这些研究小组的结果“令人惊讶”和“疯狂”。维也纳大学生物学家Darrin Schultz是其中一篇预印本的第一作者之一，他说，长期以来，科学家们一直相信染色体稳定性对生殖的重要性。当精子和卵子的半基因组结合在一起时，这些DNA片段通常需要匹配才能使胚胎存活。Meier说道:“像这样的进化是非常令人惊讶的。你会认为会有很强的选择来反对它。”

对动物基因组序列的早期分析支持了这一观点，Thomas Lewin说。Lewin是Luo团队的研究带头人，也是该团队发表在《分子生物学与进化》(Molecular Biology and Evolution)上的论文的第一作者。研究人员观察到，在远亲动物的染色体上，一组基因保持在一起，这种现象被称为“大同步”，大致意思是“长在一起的丝带”。Lewin说:“如果你观察从海绵到珊瑚再到脊索动物的基因组，你会发现它们中的许多都几乎完美地保留了这种结构。”

但是，当这三个研究小组将新的基因组分析方法应用于蚯蚓、水蛭和其他纤毛虫时，他们看到的并不是这种情况。这些蠕虫如此广泛地重组了它们的基因组，以至于在其他蠕虫和许多祖先无脊椎动物群体中一致的基因带在很大程度上无法识别(见下图)。

“一切都破裂了，然后完全随机地重新排列，”Fernández说。“我让我的团队重复分析了一千遍。”

她的团队比其他团队走得更远，他们认为早期海洋环节动物的基因组可能特别容易重新排列，这可以从它们的后代(如血虫和泥虫)来判断。他们发现，这些现代蠕虫的染色体是“松软的”，允许不同染色体上的基因通过聚集在一起来协调，就像意大利面分开的线重叠在一起一样。这种灵活性可能意味着基因可以更自由地四处移动，并且仍然可以一起工作。

过去的DNA混乱不仅重组了基因，还撕裂了许多基因，包括与基因组稳定性和细胞分裂有关的基因。Fernández称其为“基因组灾难”，它也可能通过削弱细胞在DNA复制过程中发现和修复错误的能力来促进基因组重排。尽管它回避了动物是如何生存下来的问题。

但是环带纲不仅在基因组灾难中幸存了下来。她推测，这甚至可能使它们能够征服新的环境——首先是淡水，产生了像水蛭这样的蠕虫，然后是陆地，产生了蚯蚓。Fernández的研究小组发现，当它们受到诸如氧气、盐度或紫外线变化等因素的压力时，一些特定于纤毛虫的基因在它们的谱系早期形成，当曾经遥远的基因片段粘在一起时，这些基因就会表达出来——这暗示了基因混乱有助于蠕虫应对新环境的挑战。

Lewin和该领域的其他人指出，这项工作无法区分哪个是先发生的:基因组重排还是向新栖息地的过渡。“这是一个很好的巧合，这是一个很好的想法，它可能以某种方式参与了适应，”他说。“但在我们目前的三篇论文中，根本没有实际的证据。这纯粹是猜测。”

这三个研究小组计划继续研究这些蠕虫，看看是否存在因果关系。密歇根州立大学的共生生物学家Elizabeth Heath-Heckman是合著者之一，她说，“真正令人难以置信的是，这些蠕虫基因组中的混乱并没有消退。从这三篇论文中，你可以看到这些重新排列显然正在进行中，”她说。这意味着这些动物很可能是揭示基因组不稳定背后机制的绝佳模型，以及它是如何被耐受的。

尽管环带纲的染色体混乱令人印象深刻，但它可能不是唯一的。团队继续进行的研究表明，保存基因组结构并不像以前认为的那样重要。事实上，动物的稳定性可能是“例外，而不是规则”。