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全球环境恶化,海洋物种想活下去只能靠变异?
时间:2020-02-03  来源:www.oaled.com

根据《圣经》中记载的传说,诺亚方舟可以让挪亚及其家人,以及世界上的各种陆地生物,在“世界末日”中生存,继续生命之火。然而,根据前所未有的研究结论,该计划最终将失败。

照片:紫海胆,由佛蒙特大学生物学家Melissa Pespeni研究

该研究揭示了在温度升高和海洋酸化的世界中哪些海洋物种可能具有更大的生存能力。结果表明,即使每个物种都能留下两个(甚至更多)个体,在气候变化的星球上生存的机会可能很小。

最近由美国佛蒙特大学的生物学家Melissa Pespeni领导的一项研究,研究了数十万海胆幼虫在中等或极低海水酸度下的环境反应。

拯救隐藏在DNA中的方法

Pespeni和她的团队惊讶地发现海胆中的一小部分DNA已经经历了罕见的变异,这对他们的生存非常有用。 Pespeni说,这些罕见的遗传变种“有点像在佛蒙特州的零下20摄氏度的温度下穿着50件轻型夹克穿冬季外套”。 “正是这件冬季大衣让海胆活了下来。”/P>

当水的酸度急剧增加时,海胆幼虫中这些罕见突变的频率增加。这些基因允许下一代海胆改变多种蛋白质功能,例如使用坚硬但易溶的壳和蛋白质来控制细胞的酸度。

但是为了维持这些稀有变异和群体中其他所需的遗传变异并允许它们对不同酸水平的水做出反应,可能需要许多个体。新研究的主要作者雷德布伦南说:“人口越多,变异就越少。如果我们减少人口规模,那么我们进化有益基因突变的可能性就会大大降低。” p>

换句话说,一些生物可能在气候变化的世界中存活,因为它们可以改变它们的身体状态,例如出汗更多。有些物种能够迁移。但对于其他物种来说,他们唯一的希望就是进化,隐藏在稀有DNA片段中的潜在突变可能是维持生存的最后一根稻草。

快速适应变化至关重要

Pespeni团队研究的紫色海胆属于野生种群,其分布范围从加利福尼亚州的巴哈到阿拉斯加。这些多刺的生物生活在岩石礁和海藻森林中。它们是海獭最喜欢的食物,也是在潮间带和潮下带形成生命的关键物种。

科学家们指出,由于大量的海胆,广泛的地理分布和不同的生存环境,它们具有很高的“长期遗传突变机会”。这使得紫海胆很可能在未来的酸化海洋的恶劣环境中生存,并且它还将为理解海洋生物如何适应快速变化的环境提供参考。

正如联合国最近发布的“生物多样性报告”所指出的那样,全球平均气温上升是100多万种濒危物种的根本原因。但重要的不仅是平均温度的上升,而且有机体的最终生存测试可能是最热或最酸性的环境。然而,正如研究人员所说:“很少探索能够快速适应极端条件的遗传机制。”

罕见突变触发进化机制

Pesperi团队的研究采用了创新的“一代选择”实验,首先捕获了25只野生成年海胆。每只雌性海胆产下大约200,000个卵,科学家从这些卵中提取生活在不同水域的大约20,000只存活幼虫的DNA。

大量的紫色海胆个体向科学家们表明,紫色海胆有一个遗传基因,可以帮助他们适应极度酸性的海水。 “这种海胆在短期内可能不会受到压力,”布伦南说。他们可以对环境做出反应,并具有进化所需的基因突变。然而,前提是我们需要保护他们的栖息地并保持他们庞大的人口。

然而,克服快速气候变化带来的严峻挑战可能代价高昂。 Pesperi说:“进化是有希望的,这些罕见的突变可以起到如此强大的作用,这令人惊讶和令人兴奋。这一发现对物种的长期生存至关重要。