從天空落向海洋和極地 科學家揭示企鵝演化歷程

光明日報北京7月19日電(記者張蕾)

由我國科學家領銜的中外聯合研究團隊通過重建企鵝的起源與演化過程,揭示出環境變化、氣候及地質事件對物種形成的影響,並找到一系列能夠解釋企鵝如何二次適應海洋生態環境的關鍵性狀分子基礎。相關研究成果19日晚發表在權威學術期刊《自然·通訊》。

據論文共同第一作者、深圳華大生命科學研究院的周程冉博士介紹,企鵝擁有高度適應海洋環境及南極等極端環境的特徵,它們大約在6000萬年前失去飛行能力,轉而具備鳥類中最強的潛泳能力。觀察企鵝的演化歷程,研究它們重返海洋的機制,探索環境變化對其影響,讓研究者有機會了解生物適應水生環境及極端環境的機制,從而更好地認識和保護它們。

研究人員收集、構建了幾乎所有已知的74種企鵝(包括滅絕物種在內)數據,通過融合基因組學和古生物學等手段,綜合比較、分析滅絕物種和現生類群,首次在全球範圍內公開所有近代企鵝物種的高品質基因組,包括亞種、地方支系以及近期滅絕的物種。“通過這些數據,我們有機會全面揭示企鵝這一大類群的物種形成和滅絕過程。現生企鵝的共同祖先出現在大約1400萬年前,之後氣候環境的變化推動了企鵝物種的快速分化,在此過程中伴隨著複雜的基因流動,這些對現生企鵝的形態多樣性塑造産生了巨大影響。”論文通訊作者、浙江大學生命演化研究中心教授張國捷指出。

傳統觀點認為熱帶或溫帶生物相對極地生物擁有更快的演化速率,但研究人員發現帝企鵝等高緯度企鵝的演化速率比低緯度企鵝更快。“南極環境引起的壓力與歷史氣候波動等因素共同推動企鵝的擴散與分化,而且在一定程度上促進高緯度物種適應極地環境。”周程冉解釋。此外,研究人員還發現企鵝適應特殊環境的相關重要基因受到選擇,例如體溫調節、視覺改變、氧結合等,併發現血紅蛋白和肌紅蛋白的突變位點使企鵝能更好地利用血氧延長潛水時間,而光敏感基因的改變則使企鵝可以看見紫外光等短波長光,從而具有敏銳的水下視覺。

“隨著大陸板塊運動和大氣中二氧化碳濃度的變化,在過去6000多萬年的漫長時間裏,企鵝經歷了巨大的環境變化,尤其是從溫暖的亞熱帶到‘寒冰地獄’的變遷,但是每次環境劇變後都有企鵝支系脫穎而出並繁榮興盛。”論文作者、中國科學院動物研究所研究員張德興認為,這説明企鵝具有極強的演化適應能力,讓人們對於這些神奇動物的未來感到樂觀。

《光明日報》( 2022年07月20日 08版)