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近日，國(guó)際雜志《自然》Nature報(bào)道，科學(xué)家在棘魚(yú)這種“披盔戴甲”的小魚(yú)身上發(fā)現(xiàn)突變。這些突變可能有助于棘魚(yú)迅速進(jìn)化，以適應(yīng)咸水和淡水這兩種不同的生存環(huán)境。 自大約一萬(wàn)年前末次冰期結(jié)束后，生活在海洋中的三刺棘魚(yú)不斷地向世界各地的河流與湖泊拓殖。只需十代——這對(duì)進(jìn)化而言簡(jiǎn)直是一眨眼的工夫——海洋棘魚(yú)就可以改變它們的盔甲和防御刺來(lái)適應(yīng)較為柔和的淡水。 加州斯坦福大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家David Kingsley及其同事找到了區(qū)分世界不同地區(qū)海洋棘魚(yú)和淡水棘魚(yú)的DNA差異。盡管這種變異在各自獨(dú)立的不同地區(qū)發(fā)生，但每次變異似乎都涉及到許多相同的遺傳突變。 為了找到關(guān)鍵DNA差異，研究人員對(duì)21種棘魚(yú)的全部基因組進(jìn)行了測(cè)序。這些棘魚(yú)來(lái)自3個(gè)大洲的海洋和淡水水域。研究結(jié)果刊登在4月4日出版的《自然》雜志上。 研究人員發(fā)現(xiàn)，淡水棘魚(yú)與其最鄰近的海洋棘魚(yú)基因組最相似。但是在大約150個(gè)DNA序列上，淡水種群和咸水種群分別和與之處于相同環(huán)境中的種群更為相似。這些序列包括影響盔甲生長(zhǎng)以及腎鹽調(diào)節(jié)的基因。 沒(méi)有參與此項(xiàng)研究的北卡羅來(lái)納州杜克大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家Greg Wray說(shuō)：“這是影響有機(jī)體各個(gè)方面的一系列適應(yīng)，包括魚(yú)的形態(tài)、行為、飲食以及交配偏好。” Kingsley說(shuō)，整個(gè)世界范圍內(nèi)淡水棘魚(yú)種群的相似性表明，它們的每次進(jìn)化都不是“從零開(kāi)始”。而一些生活在海洋中的棘魚(yú)可能保留了祖先適應(yīng)淡水的基因，以便其拓殖新的領(lǐng)地。雖然剛開(kāi)始的幾代表現(xiàn)出混合型或中間型特征，但最終這些基因使得它們適應(yīng)了淡水生活。 “在整個(gè)基因組范圍內(nèi)，我們已經(jīng)找到了被反復(fù)利用以適應(yīng)新環(huán)境的一整套基因。” Kingsley說(shuō)，“我們能夠研究脊椎動(dòng)物進(jìn)化的分子基礎(chǔ)。” 棘魚(yú)的淡水適應(yīng)性之前已和基因組的廣闊區(qū)域相對(duì)應(yīng)，但只在少數(shù)幾個(gè)基因中發(fā)現(xiàn)了這種適應(yīng)性突變。 研究人員就物種適應(yīng)新環(huán)境的突變類(lèi)型而爭(zhēng)論。有些人強(qiáng)調(diào)調(diào)控的重要性——影響基因在何時(shí)何地表達(dá)的突變。也有人強(qiáng)調(diào)基因編碼突變的重要性——這種突變可改變基因產(chǎn)生的蛋白。 Kingsley的研究組發(fā)現(xiàn)淡水適應(yīng)性大概有80%存在于負(fù)責(zé)調(diào)控的DNA，剩下的20%則影響著負(fù)責(zé)編碼的DNA。 調(diào)控變化能夠通過(guò)遺傳突變控制基因在多個(gè)組織中的表達(dá)來(lái)加速棘魚(yú)對(duì)新環(huán)境的適應(yīng)。研究也表明棘魚(yú)是通過(guò)利用已有的遺傳變異來(lái)加速進(jìn)化的，而不是坐等隨機(jī)新發(fā)生的突變，Wray 解釋道。 “我認(rèn)為這篇文章真的非常棒，我被他們的數(shù)據(jù)說(shuō)服了。”馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家Hopi Hoekstra說(shuō)。然而，她補(bǔ)充道：“對(duì)于基因組比較簡(jiǎn)單或者適應(yīng)比較緩慢的生物而言，從編碼突變或調(diào)控突變所占的比例來(lái)看，情況就可能大不相同了。” Wray認(rèn)為，同樣的方法能夠應(yīng)用在相似的環(huán)境條件改變下進(jìn)化了許多次的其他生物研究中。比如小鼠，已經(jīng)進(jìn)化出適應(yīng)世界各地沙漠、林地、草原的不同毛色。“我猜我們將會(huì)看到一系列文章。”他說(shuō)。 |
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