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研究人员揭示气候变化如何影响海洋漂游物种的进化

编译者:liguiju发布时间:2021-9-16点击量:188 来源栏目:科研动态

人们常常认为开阔的海洋环境恶劣,昆虫不可能在那里成长,但事实上,一种昆虫群体已经适应了开阔的海洋环境,那就是被称为“海面滑行者”的水黾。不过,这些昆虫是如何进化到能够适应公海环境还不为人知。

来自新加坡国立大学和加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的科学家们对三种海洋漂游物种的基因进行了研究,这三种生物在夏威夷和秘鲁之间的东太平洋地区被捕获。研究结果表明,当这些洋流转变成现代形态时,海洋漂游生物就会对不同的洋流系统进行适应。这项研究的结果可能会解开每个漂游物种是如何占据与其他昆虫截然不同栖息地的谜团,也会加深对气候变化如何影响海洋生物的理解。

研究人员指出,海洋漂游物种的遗传历史与我们的海洋紧密相连,这令人惊讶。开阔的海洋是一个极其恶劣的环境,海洋生物面对的是白天阳光直射、强风和有限的食物的艰苦条件。水黾身体的保护层或角质层能够保护内部器官免受高温和紫外线的伤害,并在猛烈的风暴中生存下来,在这片独特的栖息地找到食物。这些特性使它们成为材料科学和极端生物适应学研究重要的研究对象。该研究小组将研究结果发表在2021年9月6日的《海洋生物学》(Marine Biology)杂志上。

海洋漂游物种一生都在公海海面漂游,经历风暴,以海洋表面或海底的微小猎物为食。虽然在哪里可以找到它们的信息是确定的,但关于它们的遗传变异,以及洋流、温度和风等物理因素如何影响它们的分布,我们知之甚少。

该研究小组对从墨西哥海岸到秘鲁以及远至夏威夷的三种海洋漂游物种进行了基因研究,他们用浸网从海洋表面抓取了大多数样本。科研人员对这三个物种近400个样本进行了基因测序和遗传分析。研究人员发现了不同物种之间明显的基因变异,说明三种物种存在截然不同的演化过程。其中最古老的一种(Halobates splendens),被发现在近一百万年前就扩大了它的种群。Halobates micans与Halobates sobrinus这两个较年轻的物种被发现在10~12万年前大量增加。

令人惊喜的是,物种种群扩大时间与过去的气候事件相吻合。如,H. splendens在秘鲁洋流起源于南美洲海岸冷舌的丰富、多产的水域中被发现。气候数据显示,这种表面冷水的物理特征在一百万年前就出现了,与H. splendens遗传多样性和种群增长时期正好一致。另外两个物种H. sobrinus和H. micans被认为在中美洲温暖、相对贫瘠的水域中多样化。当El Niño气候模式导致温暖的海水进入东太平洋时,这两个物种的数量都增加了。约10万年前,El Niño效应在H. sobrinus和H. micans的栖息地尤其强烈,这与这些物种发展出现代基因模式和种群规模的时间相符。

研究人员把海洋漂游物种数量的增长与化石记录表明现代洋流首次形成的时期相匹配。研究结果强调了气候条件对海洋种群的深刻影响。随着未来几十年持续的气候变化加速,这些结果也有助于理解海洋生物的命运。为了扩大认知,未来将通过基因组继续研究这种神秘海洋昆虫的种群动态。基因数据研究对海洋漂游生物特别有用,因为我们无法在它们的自然环境中观察其行为,以追踪它们的种群。(於维樱 编译)

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