1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）
鲸类属于脊索动物门（Chordata），哺乳纲（Mammalia），鲸偶蹄目（Cetartiodactyla）。现生鲸类可划分为2个亚目:须鲸亚目和齿鲸亚目。现存鲸类有89种，隶属14个不同的科[1]。鲸类是陆生哺乳动物的后代，是最典型的次生入水的演化案例，鲸类祖先具有四肢及尾巴，与陆生爬行、哺乳类无异。鲸类需要从水面呼吸空气，鳍（掌）骨类似于陆地哺乳动物的四肢，鲸类脊柱上下运动的特性也和陆生哺乳动物相同，而和鱼类的水平摆动不同。鲸类经过五千多万年的漫长演化，已经成为所有哺乳动物中最适应水生的类群。关于鲸类的起源，有研究发现鲸鱼的牙齿特征与一种已灭绝的陆生哺乳类中爪兽[2]（像长着蹄子的狼的食肉有蹄动物）非常相似，两种动物都长有独特的三角形牙齿，且中爪兽修长的口鼻部以及其他某些特征都与鲸鱼相似。基于以上特征比较，科学家认为鲸类起源于中爪兽的一个种类[3]。然而，上世纪末基于酪蛋白序列的分子系统发生研究表明，鲸类实际上与偶蹄类尤其与河马的血缘关系更近[4]。2001年，震惊世界的巴基斯坦古鲸化石的发现为分子证据提供了正面支持[5]。对巴基斯坦古鲸的骨骼结构（尤其是双滑轮状的踝骨）的研究结果说明，鲸鱼并非直接起源于中爪兽，而是起源于偶蹄动物的一个族群（偶蹄动物包括如骆驼、牛、鹿、猪、羚羊、长颈鹿、河马等众多的食草哺乳动物类群）[6]，这种动物在与中爪兽在进化上发生分歧后开始进入水中演化。换言之，最早的鲸类是一种早期的偶蹄动物，它保留了其祖先中爪兽的许多特征（如三角形牙齿等），而现代偶蹄动物已经失去了这些特征。鲸偶蹄目具有很大的商业价值、保护价值和美学价值[7]。鲸类中的某些物种不论是在形态学、行为学、生理学还是遗传学方面都是地球上最具研究价值的生物类群。因此进一步了解鲸类内部的演化关系，具有重要意义。近来的鲸类系统发生学研究都集中在较高的分类阶元上，例如：考虑到偶蹄目、鲸偶蹄目后鲸类在系统发育树上是否能维持单系性（monophyly）的问题等。或是一些更微小方面的问题如：总目中一些小分支的研究。但要更深入的了解鲸类，就需要细致解析鲸类内部的拓扑关系。新生代东亚地区一个显著的海洋扩张事件就是东特提斯洋的开张[8]，这对起源于当今喜马拉雅-巴基斯坦一带的古鲸亚目物种的演化和迁徙产生了深远的影响，这也使得其两个现存的后裔类群（齿鲸亚目和须鲸亚目）得以扩散至当今地球海域的几乎每一个角落。鲸类是何时走出东特提斯洋的，以及鲸类的扩散路径是否与新生代洋流变化相关联一直是生物地理学和鲸类学研究中的未解之谜。我们试图通过筛选出的来源于线粒体蛋白和核蛋白的基因序列矩阵通过贝叶斯法和似然法解析几乎所有鲸类的系统发育关系，并基于可靠的化石矫正点运用宽松贝叶斯方法进行分子定年（moleculardating），最后根据现存鲸类物种的分布矩阵在扩散-隔离模型下重建现存鲸类的起源扩散路径，从而为解决上述问题提供一个化石证据之外的全新视角。[1].McGowenMR,SpauldingM,GatesyJ.Divergencedateestimationandacomprehensivemoleculartreeofextantcetaceans[J].Molecularphylogeneticsandevolution,2009,53(3):891-906.[2].OLearyMA.Phylogeneticandmorphometricreassessmentofthedentalevidenceforamesonychianandcetaceanclade[M].Theemergenceofwhales.SpringerUS,1998:133-161.[3].GatesyJ.MoreDNAsupportforaCetacea/Hippopotamidaeclade:theblood-clottingproteingenegamma-fibrinogen[J].MolecularBiologyandEvolution,1997,14(5):537-543.[4].GatesyJ,HayashiC,CroninMA,etal.Evidencefrommilkcaseingenesthatcetaceansarecloserelativesofhippopotamidartiodactyls[J].MolecularBiologyandEvolution,1996,13(7):954-963.[5].GingerichPD,ulHaqM,ZalmoutIS,etal.Originofwhalesfromearlyartiodactyls:handsandfeetofEoceneProtocetidaefromPakistan[J].Science,2001,293(5538):2239-2242.[6].ShimamuraM,YasueH,OhshimaK,etal.Molecularevidencefromretroposonsthatwhalesformacladewithineven-toedungulates[J].Nature,1997,388(6643):666-670.[7].AgnarssonI,May-ColladoLJ.ThephylogenyofCetartiodactyla:theimportanceofdensetaxonsampling,missingdata,andtheremarkablepromiseofcytochromebtoprovidereliablespecies-levelphylogenies[J].MolecularPhylogeneticsandEvolution,2008,48(3):964-985.[8].BIJU-DUVAL111B,DERCOURT121J,LePichonX.FromtheTethysoceantotheMediterraneanseas:aplatetectonicmodeloftheevolutionofthewesternAlpinesystem[J].Histoirestructuraledesbassinsmditerranens,1977:143.
2. 研究的基本内容和问题
本研究将通过整合拓扑结构、地质时间、地理分布以及性状等演化信息对鲸类的系统发育关系进行注释而获得鲸类演化历史的时空细节，并试图找出鲸类扩散路径与新生代洋流变化之间的联系。
主要研究内容为：
① 基于核蛋白和线粒体蛋白的supermatrix数据集的现生鲸类物种系统发生分析：利用贝叶斯推断和最大似然法两种最具统计学意义的算法，并运用不同的分区运算策略；
3. 研究的方法与方案
研究材料：genbank数据库中下载到的相关分子序列(包括线粒体基因组中的3个蛋白编码基因cytb,coxi和coxii基因序列，以及核基因组中的12个蛋白编码基因cat、c-mos、dby、gba、ifn、lalba、rag-1、rag-2、rhodopsin、sry、tbx4和tyrosinase)。
技术路线：
①同源比对和序列拼接：首先将选取的单个基因fasta文件分别载入mafft软件进行多序列同源比对（msa），采用默认参数，获得的同源比对结果在mega5.1中打开进行检查，并手动修改明显的歧义或错排，获取确信无疑的高质量同源比对结果。将获取的最终单基因同源比对结果用dambe软件进行合并，形成多种序列组合，例如核蛋白基因的联合数据集，线粒体蛋白基因的联合数据集以及线粒体-核基因的联合数据集等，以便在后续系统发育分析中判断这些基因在提供演化信息方面的异同。
4. 研究创新点
①针对鲸类群进行系统发育生物地理学和分子定年分析，并在精确统计的前提下，很可能得知鲸类是何时走出东特提斯洋，并且得知鲸类的扩散路径和新生代洋流变化的关联。
②联合祖先性状重建和分子定年分析可以精确推断某个性状的起源年代，并推测其在演化生物学中的意义，并与古地质古环境相互关联。
5. 研究计划与进展
研究计划
首先在数据库下载的相关分子序列进行同源比对后，进行分子系统发育分析，确定大致的拓扑结构后，进行谱系年代学分析。运算期间收集鲸类的生物地理分布信息，然后进行系统发育生物地理学分析，并初步分析了鲸类分歧时间与地质变化的关系。
预期进展
