研究发现，一种非南极冰鱼在迁移到温带水域时发生了重大的基因变化

【中国绿发会讯】因气候变暖和酸化作用，气候变化可能会对海洋生物和海洋生态系统产生不可预测的深远影响。鱼类和其他物种的分布已经因持续上升的温度而变化。许多动物已经进化到能够忍受极端环境，包括能够在海沟的高压、沙漠的酷热和高山上有限的氧气中生存下来。这些动物通常高度专一地生活在这些特定的环境中，限制了它们迁徙到新的地方。

图源：IUCN

然而，也有一些罕见的物种曾经生活在恶劣的环境中，但后来移居到更温和的环境中。一项发表于《分子生物学与进化》的研究探索了南极鱼类这种异常现象的遗传机制。

南极鱼类(Antarctic notothenioids)作为为数不多的能够生活在南大洋的类群,南极鱼类在长期的进化过程中发生了一系列细胞、分子和基因组水平上的改变, 以适应南大洋冰冷的环境。大多数鱼如果暴露在如此寒冷的温度下，会被冻成固体。鱼类生理学的研究结果表明，一般鱼类血液的冰点是－1℃左右。也就是说，如果温度到－1℃以下，鱼就会被冻成“冰棒”。而南极海水的温度常年低于这个冰点温度，普通的鱼儿是无法在这里生存的。生活在南极的鱼血液中有一种特殊的成分：抗冻蛋白质。它能与冰或水相互作用，降低水结冰的温度。除此之外，还能随着海水温度的变化而自动调节。

南极冰鱼更擅长生活在冰冷的水域中。它也是唯一一种适应了血细胞中没有血红蛋白的情况下生存的脊椎动物，这使得它们的细胞和组织呈半透明。血红蛋白是血液细胞中的一种蛋白质，有助于增加氧气的摄取，并导致细胞呈红色。正常情况下，动物需要血红蛋白来获得足够的氧气，但在南极洲周围寒冷富含氧气的水域，冰鱼已经发生了形态上的变化，比如更大的心脏用来泵血，它们不再需要血红蛋白来获得足够的氧气。

南极冰鱼是南极鱼类适应辐射的一个极端生物特化的例子，它既适应了南大洋的慢性寒冷，也适应了没有血红蛋白的生存。因此，冰鱼表现出的生理机能将它们限制在寒冷和高含氧的南极水域。但在这些限制条件下，有一种引人注目的冰鱼物种——梭子鱼冰鱼(Champsocephalus esox；pike icefish)，成功地逃离了南极洲，现在生活在更温暖、含氧量更低的南美洲温带水域。

“这个物种向温暖水域的迁徙构成了一个有趣的进化之谜。”

为了了解这种鱼在迁徙到温暖水域时基因组是如何变化的，研究人员将梭子鱼冰鱼的基因与一种南极冰鱼C. gunnari的基因进行了比较。研究小组从智利南部、南乔治亚州和桑威奇群岛的合作者和渔民处收集了组织样本，对基因组进行测序。

在比较了基因组后，他们发现，虽然两个物种之间的基因组高度保守，但在与生理有关的基因组区域存在分歧。但梭子鱼冰鱼中发生了大量的抗冻糖蛋白 (AFGP) 假基因化，这可能是由于祖先逃离南极洲后，在温暖的水域中，这种基因在梭子鱼冰鱼身上的选择就会松动，因为不再需要防止自己结冰。

研究人员还发现，梭鱼基因组显示出染色体倒置，即当染色体的一部分在方向上发生翻转。研究人员解释说:“染色体倒置和其他染色体变化对于调节适应过程以及在物种之间建立障碍非常重要。”

除了进化到能在温暖的水域生活外，梭子鱼冰鱼还需要适应不同的光环境。南极周围的海洋一年中的大部分时间都是黑暗的，表面的冰块阻挡了大部分的光线。但在温带水域，梭子鱼冰鱼经历着更正常的昼夜循环。研究小组目前正在研究相关鱼类的基因表达，以了解它们的生理和昼夜节律如何适应这些新的光周期。

研究人员还计划研究另一对相关物种的基因组和线粒体，目前的研究以及对其他物种对的计划研究，将帮助其更好地理解高度特化的物种如何在特定环境中生存并适应新环境。

文：Sara 审：Daisy

此文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）微信公众号