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丽鱼:戏剧性的多样性扩张

时间: 2021年04月30日 | 作者: Jason G. Goldman | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
适应辐射是一种演化现象,它描述了单一祖先物种迅速演化为一系列多样化的新物种的现象。


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撰文 | 贾森·G.戈德曼(Jason G. Goldman)

翻译 | 施怿


达尔文的山雀也许是展示“适应辐射”的最著名的案例了。适应辐射是一种演化现象,它描述了单一祖先物种迅速演化为一系列多样化的新物种的现象。这些新物种都演化出了独特的适应性,能够很好地适应自身所处的环境。但东非的丽鱼完全不同于加拉帕戈斯群岛上的鸟儿。同样是在200万~300万年间,加拉帕戈斯群岛的雀类演化出了14种不同的山雀;而马拉维湖(Lake Malawi)的丽鱼科(Cichlidae)则演化出了超过1000种不同的丽鱼。科学家开展了一项新的研究,揭示了这场迅速而富有戏剧性的多样性扩张背后的遗传学机制。


丽鱼有各种各样的身体形状、颜色搭配、口腔结构、行为和饮食习性。“用肉眼观察丽鱼时,它们的不同之处看起来如此明显,”英国厄尔汉姆研究所的演化生物学家塔兰·梅塔(Tarang Mehta)说,“但是,当比较这些丽鱼的蛋白编码基因时,却发现多样性的程度很低。”


蛋白编码基因会影响生物体的主要性状。此前的研究已经指出,丽鱼科的“非编码”区比编码区演化得更迅速。这部分区域又可以被称为“调控”区域,它可以决定编码区的基因何时、以什么样的方式、在哪些组织中表达或沉默。有了这些调控区域,即便是同一套基因也能以数以千计的不同方式组合在一起。梅塔将这种现象称为“修修补补”。但是,科学家并不确定这种修补现象是否能推动生物演化出新的物种。


在一项发表于《基因组生物学》(Genome Biology)的研究中,梅塔和同事分析了来自东非河流和湖泊中的5种丽鱼科鱼类的大脑、眼睛、心脏、肾脏、肌肉组织和睾丸中的基因表达状态。借助他们开发的一种计算模型,研究人员发现,基因组中非编码区域的变化“在适应性演化的基本面中占据了很重要的位置”,英国东安格利亚大学的生物学家费德里卡·迪·帕尔马(Federica Di Palma,这项研究的通讯作者)说,这导致了物种的分化。例如,研究团队发现,调控区的改变能影响蛋白编码基因的表达,进而帮助丽鱼在特定的环境条件下拥有更好的视力。可以说,如果某些物种栖息在相似的环境中,具有相似的饮食习性,那么它们的调控网络更有可能演化出相似的改变。


许多生物学家担心地球的生物多样性正在加速丢失,但瑞士巴塞尔大学的动物学家沃尔特·萨尔茨伯格(Walter Salzburger,并未参与这项研究)表示,科学界还没有完全弄清楚生物的多样性最初是如何演化的。马拉维湖、坦噶尼喀湖和维多利亚湖的丽鱼科生物为研究人员提供了观察这一过程的独特机会。


目前,梅塔的团队正将同样的分析方法应用于罗非鱼。罗非鱼也属于丽鱼科,是世界第二大养殖鱼类。梅塔表示,如果研究人员能找出与适应极端盐度或温度的性状有关的“修补基因”,将会对罗非鱼的选育过程具有重要意义,养殖业可以借此更有效地养活这个饥饿的世界。