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动物如何在气候变化中生存下来?三刺鱼或许能给出答案

三刺鱼是进化生态学家的热门研究对象之一,因其具有不同形态、大小和行为而闻名。它们甚至在海水和淡水中都能生存,其适应温度范围也很广。那么,究竟是什么原因使这一物种具有如此强大的适应性?想要确定适应性——比如对淡水环境或对气候变化的反应——的遗传基础并不容易,科学家需要克服诸多挑战。麦吉尔大学生物学系的博士生阿 .....

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动物如何在气候变化中生存下来?三刺鱼或许能给出答案

三刺鱼是进化生态学家的热门研究对象之一,因其具有不同形态、大小和行为而闻名。它们甚至在海水和淡水中都能生存,其适应温度范围也很广。那么,究竟是什么原因使这一物种具有如此强大的适应性?

想要确定适应性——比如对淡水环境或对气候变化的反应——的遗传基础并不容易,科学家需要克服诸多挑战。麦吉尔大学生物学系的博士生阿兰·加西亚-埃尔夫林说:“现代版的达尔文自然选择进化论认为,生物体如果拥有更有利于生存和繁殖的基因,往往就会比同辈留下更多的后代,导致这种基因在未来几代中频率增加。因此,随着时间的推移,种群的适应性会更高,或者说更适应它们所处的环境。”

“不过,对这一过程的研究通常是回顾性的,研究对象是那些很久以前就适应了当前环境的种群。这使得人们很难理解导致它们适应新环境的一系列事件,比如出现了哪些最重要的性状,在什么时候出现,”加西亚-埃尔夫林补充道。

动物如何在气候变化中生存下来?三刺鱼或许能给出答案

进行中的自然选择

为了研究自然选择的实际作用,研究人员利用基因组测序方法,追踪了6个三刺鱼种群在环境季节性变化前后的基因改变情况。这些三刺鱼分布在加州沿岸的不同河口,为实时研究自然选择提供了难得的机会。潮湿的冬季和干燥的夏季会导致三刺鱼的栖息地结构出现季节性的剧烈变化,改变淡水与盐水的平衡,只有那些能够忍受这种快速变化的鱼类才能存活到下一个季节。

在干燥的夏季,由于沙洲的形成,河口会周期性地与海洋隔绝。加西亚-埃尔夫林的导师、麦吉尔大学的加拿大生物多样性科学首席科学家罗恩·巴雷特教授说:“这些变化可能类似于一万年前冰川消退后,三刺鱼种群在许多新形成的淡水湖上定居时所经历的栖息地改变。我们希望能深入了解发生在很久以前,由自然选择导致的基因变化。”

动物如何在气候变化中生存下来?三刺鱼或许能给出答案

值得注意的是,研究人员发现了栖息地季节性变化导致基因变化的证据,而这也反映了淡水和咸水种群之间长期存在的差异。加西亚-埃尔夫林说:“这些在独立种群中出现的基因变化就发生在单个季节里,表明自然选择的影响是可以非常迅速地被检测到。”

这些发现十分重要,因为它们表明,我们或许可以利用过去进化出来的基因差异,来预测未来人类将如何适应气候变化等环境压力源。

这项研究也强调了在动态环境中研究物种的重要性,这可以帮助我们更好地了解自然选择是如何运作的。研究人员计划在下一步研究中检测这些基因变化是否每年都会出现,以了解这些基因变化的可重复性,以及能否利用这些结果可靠地预测三刺鱼种群的未来进化。相关的研究结果已发表于近期的《分子生态学》杂志上。