对很多非单配制物种来说，雌性在后代照料中起主要作用。而单配制的物种，通常由父母双方共同照料后代。在蛙类中，亲本照料包括了将孵化出来的蝌蚪一个个地转移到小水池中。非单配制的草莓箭毒蛙(Oophaga pumilio，左)，是由母亲执行这项任务；而对于单配制的拟箭毒蛙(Ranitomeya imitator，右)来说，这是父亲的工作。
在过去的4.5亿年里，至少有5次进化是通过一种普遍的方式让动物实现一夫一妻——即增加某些基因在大脑中的表达(红色)，降低另一些基因的表达(蓝色)。研究人员研究了五对近缘物种——4种哺乳动物、2种鸟类、2种蛙类和2种鱼类——每对近缘种分别为单配制和非单配制。研究人员在单配制的雄性动物中，发现了24个具有相似表达模式的基因。
为什么有些动物对配偶忠诚，而有些却不呢？美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员对10种脊椎动物进行了研究，他们认为进化使用了一种通用的方式将非单配制的物种转变成一夫一妻制——即改变大脑中某些基因的活性。
“我们的研究跨越了4.5亿年的进化历程，那是所有物种共享一个共同祖先的时候。”德克萨斯大学奥斯汀分校综合生物学系的助理研究员Rebecca Young说。
研究人员将动物的单配制定义为：在至少一个交配季节内与一个异性结成配偶关系，共同承担至少一部分养育后代的工作，共同保护幼体免受捕食者和其他危险。满足以上条件，即使他们偶尔与其他个体交配，也被认为是单配制动物。
研究人员研究了5对近缘物种——4种哺乳动物、2种鸟类、2种蛙类和2种鱼类——每对都有一种单配制和一种非单配制动物。这五对动物代表了单配制在脊椎动物进化过程中的5次独立出现，例如非单配制的草原田鼠和它们的单配制近亲橙腹田鼠分化成两个不同物种的时候。
研究人员比较了10个物种的雄性大脑中的基因表达，以确定在与这些近亲动物相关的进化过程中，每一次都发生了哪些变化。尽管单配制作为一种复杂的行为，他们发现每次进化转变时基因表达都发生了相同的变化。这一发现表明，复杂的社会行为在一定程度上是通过基因在大脑中表达的方式产生的。
这项研究的进化时间尺度比以往研究的尺度大。其他一些研究关注的是与进化出新特征相关的基因差异，但它们通常关注的是最多经过数千万年进化的动物，而不是本研究中研究的数亿年。
Rebecca Young说：“大多数人不会想到，在4.5亿年的时间里，这种复杂行为的每次转变都会以同样的方式发生。”
研究人员利用RNA测序技术检测了这10个物种基因组的基因活性，并使用生物信息学软件和德克萨斯高级计算中心的数据密集型超级计算机检测了不同物种的基因活动模式。根据基因序列的相似性将远亲物种(如鱼类和哺乳动物)的基因排列成不同的组，研究小组能够确定导致这5个一夫一妻制物种形成配偶关系和共同养育后代的共同进化公式。
编译：灯丝
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