【中國綠發會訊】因氣候變暖和酸化作用，氣候變化可能會對海洋生物和海洋生態系統產生不可預測的深遠影響。魚類和其他物種的分布已經因持續上升的溫度而變化。許多動物已經進化到能夠忍受極端環境，包括能夠在海溝的高壓、沙漠的酷熱和高山上有限的氧氣中生存下來。這些動物通常高度專一地生活在這些特定的環境中，限制了它們遷徙到新的地方。

圖源：IUCN

然而，也有一些罕見的物種曾經生活在惡劣的環境中，但后來移居到更溫和的環境中。一項發表于《分子生物學與進化》的研究探索了南極魚類這種異?，F象的遺傳機制。

南極魚類(Antarctic notothenioids)作為為數不多的能夠生活在南大洋的類群,南極魚類在長期的進化過程中發生了一系列細胞、分子和基因組水平上的改變, 以適應南大洋冰冷的環境。大多數魚如果暴露在如此寒冷的溫度下，會被凍成固體。魚類生理學的研究結果表明，一般魚類血液的冰點是－1℃左右。也就是說，如果溫度到－1℃以下，魚就會被凍成“冰棒”。而南極海水的溫度常年低于這個冰點溫度，普通的魚兒是無法在這里生存的。生活在南極的魚血液中有一種特殊的成分：抗凍蛋白質。它能與冰或水相互作用，降低水結冰的溫度。除此之外，還能隨著海水溫度的變化而自動調節。

南極冰魚更擅長生活在冰冷的水域中。它也是唯一一種適應了血細胞中沒有血紅蛋白的情況下生存的脊椎動物，這使得它們的細胞和組織呈半透明。血紅蛋白是血液細胞中的一種蛋白質，有助于增加氧氣的攝取，并導致細胞呈紅色。正常情況下，動物需要血紅蛋白來獲得足夠的氧氣，但在南極洲周圍寒冷富含氧氣的水域，冰魚已經發生了形態上的變化，比如更大的心臟用來泵血，它們不再需要血紅蛋白來獲得足夠的氧氣。

南極冰魚是南極魚類適應輻射的一個極端生物特化的例子，它既適應了南大洋的慢性寒冷，也適應了沒有血紅蛋白的生存。因此，冰魚表現出的生理機能將它們限制在寒冷和高含氧的南極水域。但在這些限制條件下，有一種引人注目的冰魚物種——梭子魚冰魚(Champsocephalus esox；pike icefish)，成功地逃離了南極洲，現在生活在更溫暖、含氧量更低的南美洲溫帶水域。

“這個物種向溫暖水域的遷徙構成了一個有趣的進化之謎?！?/p>

為了了解這種魚在遷徙到溫暖水域時基因組是如何變化的，研究人員將梭子魚冰魚的基因與一種南極冰魚C. gunnari的基因進行了比較。研究小組從智利南部、南喬治亞州和桑威奇群島的合作者和漁民處收集了組織樣本，對基因組進行測序。

在比較了基因組后，他們發現，雖然兩個物種之間的基因組高度保守，但在與生理有關的基因組區域存在分歧。但梭子魚冰魚中發生了大量的抗凍糖蛋白 (AFGP) 假基因化，這可能是由于祖先逃離南極洲后，在溫暖的水域中，這種基因在梭子魚冰魚身上的選擇就會松動，因為不再需要防止自己結冰。

研究人員還發現，梭魚基因組顯示出染色體倒置，即當染色體的一部分在方向上發生翻轉。研究人員解釋說:“染色體倒置和其他染色體變化對于調節適應過程以及在物種之間建立障礙非常重要?！?/p>

除了進化到能在溫暖的水域生活外，梭子魚冰魚還需要適應不同的光環境。南極周圍的海洋一年中的大部分時間都是黑暗的，表面的冰塊阻擋了大部分的光線。但在溫帶水域，梭子魚冰魚經歷著更正常的晝夜循環。研究小組目前正在研究相關魚類的基因表達，以了解它們的生理和晝夜節律如何適應這些新的光周期。

研究人員還計劃研究另一對相關物種的基因組和線粒體，目前的研究以及對其他物種對的計劃研究，將幫助其更好地理解高度特化的物種如何在特定環境中生存并適應新環境。

文：Sara 審：Daisy

此文來源于“海洋與濕地”（OceanWetlands）微信公眾號