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曼哈顿百老汇

浙江大学生命演化研究中心教授张国捷脑海里的一个奇思妙想，不但促成他和国内外学者发起成立了万种鸟类基因组计划曼哈顿百老汇，还重构并革新了现生鸟类的系统发育树曼哈顿百老汇，厘清了现生鸟类各类群之间的关系，将现生鸟类最大的类群新鸟小纲分为奇迹鸟类、鸽鸨类、陆鸟类和全新确立的元素鸟类四个分支，解决了鸟类类群关系长达一个多世纪的争议，为正确理解鸟类物种演化提供坚实基础。

20世纪DNA(脱氧核糖核酸)技术的出现和发展，促使通过DNA相似度解析不同物种之间的亲缘关系，成为主流方法。2008年，在中国科学院昆明动物研究所读博士期间，张国捷看到《科学》杂志上一篇用10多个鸟类DNA片段来破解鸟类生命之树的文章。不过，这个工作只将新鸟小纲里的不同类群，用“梳”状树来展示它们来自共同祖先，没有厘清不同类群出现的先后顺序，以及亲缘远近的问题。因此，并未真正解决过去鸟类生命之树的争议。

当地鸟类资源丰富，在当地向导的带路下，科考队员一行坐了很久的敞篷越野车曼哈顿百老汇，才到达目的地。他们背着装满液氮的保温杯，从活鸟身上采集两三毫升新鲜血液，消毒后放飞——这相当于体检时从成年人身上采集二三十毫升血液，不会影响大多数鸟类的健康与野外生存能力。采集到的血液样本，则会立即放至液氮中一次性冷冻保存，之后带回实验室进行DNA检测。

厚嘴崖海鸦是格陵兰岛一种比较稀有的鸟类，它们生活在海边，巢穴筑在内陆山岩边，且叫声非常吵。2023年曼哈顿百老汇，张国捷与科考人员采集厚嘴崖海鸦血液样本过程曲折。他们先坐船，后坐直升机，飞到格陵兰岛内陆地区，人一靠近厚嘴崖海鸦巢穴，它们便发出类似警告的叫声，同类鸟听到这种叫声都飞光了。有时候，厚嘴崖海鸦在冰川和浮冰上觅食或栖息一整天，科考队员出于安全考虑不能攀爬冰川，可望而不可即。

在实验室完成鸟类样本DNA检测和测序后，就需要到计算机集群上进行超级计算与大数据比对了。随着采集到的样本越来越多，数据量呈指数级增长，对算力资源和算法模型的要求也越来越高。在最新的研究工作中，一个比较复杂的分析，在德国超算平台上就使用了120万核时的算力资源，即一个CPU运行120万小时，换算成以年为单位则是136.99年。

浙江大学生命演化研究中心研究员冯少鸿通过对雀形目鸟类基因组的研究发现，有许多古病毒插入鸟类基因组里。大约在两三千万年前，其中一类“逆转录病毒K”伴随雀形目鸟类物种辐射性演化历程，不断插入并被清除。越是近期产生的雀鸟物种，这类病毒残留序列的拷贝数越多，其中一些病毒的残留序列被鸟类废物利用，可以作为开关调控雀鸟大脑基因表达。

万种鸟基因组计划希望重新构建现生鸟类的系统发育树，提供一套新的鸟类分类划分方案。张国捷说，新的鸟类生命之树将新鸟小纲划分为四大分支。第一大分支是以火烈鸟与为代表的奇迹鸟类。第二大分支是包含鸽、鸨与杜鹃的鸽鸨类。第三大分支是囊括南鸟类和非洲禽类的陆鸟类，前者包括雀鸟、鹦鹉、叫鹤和隼等，后者包括海雕、鹰、美洲鹰以及鸱鸮和啄木鸟等。第四大分支是全新的元素鸟类。这个命名源自拉丁语中的elementum(元素)和aves(鸟)，既包括主要在水域活动的企鹅、潜鸟、信天翁等鹭形类、鹤形类鸟类，也包括主要在陆地活动的麝雉等曼哈顿百老汇，还有更擅长在天空活动的夜鹰、雨燕等夜鹰目鸟类。

通过万种鸟基因组计划，奇迹鸟类作为新鸟类的基部类群的系统发育位置，得以重新确认。此类鸟因其外表华丽与行为奇异而闻名，但其系统发育位置也时常引起争论。如火烈鸟曾被错误地归进今颚下纲的各种分支里，则曾被错误地分类进潜鸟目；奇迹鸟类也因其水边栖息的生活习性等因素，被错误地认为与滨鸟以及鹭形类鸟类亲缘关系更近。依据新的鸟类生命之树，奇迹鸟类被划分为新鸟小纲的基部类群，是其他所有新鸟类的“姐妹群”。