小魚中的一個基因如何改變水生生態(tài)系統(tǒng)？

在不列顛哥倫比亞省溫哥華島的偏遠地區(qū)，肯尼迪湖的深藍色海域超過25平方英里。這個湖是三足動物和一種小魚的棲息地，為進化研究提供了豐富的飼料。

這些帶刺的魚在海洋和淡水棲息地茁壯成長，存在于北美、歐洲和亞洲北部海岸的大多數(shù)內(nèi)陸水域。對于科學(xué)家來說，這個物種有一個顯著的變異特征，這是由一個基因控制的：骨骼的數(shù)量或骨骼上的“盔甲”。

根據(jù)賓夕法尼亞大學(xué)博士后研究員塞斯魯?shù)侣I(lǐng)導(dǎo)的一項新研究，這種基因在這種小魚中的變異可能會改變更廣泛的水生生態(tài)系統(tǒng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，擁有更多盔甲的魚會向周圍的水中釋放更多的磷。由于磷是水生生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵元素，這種差異可能會對淡水或海洋區(qū)域的微生物、植物和藻類產(chǎn)生涓滴效應(yīng)。

“基因組學(xué)在促進許多學(xué)科和子學(xué)科的生物研究方面發(fā)揮了如此重要的作用，”該工作的第一作者魯?shù)侣f，他在不列顛哥倫比亞大學(xué)(UBC)博士研究期間與同事一起完成了這項調(diào)查?！暗艺J為最重要的是，這項研究的動機是我們?nèi)绾螒?yīng)用基因組學(xué)來幫助我們更好地理解生態(tài)系統(tǒng)。在某種程度上，我把這項工作看作是一個概念的證明，即不斷變化的情況會影響個體基因中的生態(tài)。”

該團隊使用新穎的方法來評估進化如何影響單個魚類的元素組成，基本上將生物視為一堆原子——碳、鈣、鍶等。他們發(fā)現(xiàn)的進化表明，進化不僅可以區(qū)分海魚的元素組成，還會影響其淡水對應(yīng)物的組成，還會影響其從環(huán)境中吸收元素的能力。

“我認為進化確實影響了這些魚的離子運動，這一事實令人驚訝，”魯?shù)侣劦竭@項發(fā)表在《生態(tài)快報》雜志上的工作時說。

一般來說，海水中的粘性物質(zhì)電鍍較多，而淡水中的粘性物質(zhì)較少。然而，肯尼迪湖的頑固種群并不常見，因為它有穩(wěn)定的“低鍍”和“高鍍”魚類種群，受Eda基因控制，是理想的研究場所。

當(dāng)魯?shù)侣退耐聜儚暮锸占藘煞N魚，并把它們放入過濾水中時，他們發(fā)現(xiàn)鍍金量高的魚比鍍金量低的魚排出更多的磷。他們還使用了更常見的與毒理學(xué)研究相關(guān)的方法來追蹤放射性同位素，他們還發(fā)現(xiàn)鍍覆量高的魚消耗更多的鈣。

這一發(fā)現(xiàn)表明，魚類的Eda基因版本會影響其與周圍環(huán)境的相互作用，從而可能導(dǎo)致整個生態(tài)系統(tǒng)的影響。

在研究的第二部分，魯?shù)侣秃现咴诓涣蓄嵏鐐惐葋喪〉钠渌貐^(qū)觀察了這種魚，并從海洋環(huán)境中收集了魚，其中通常有更多的魚，或者與低水平相關(guān)的淡水魚，以便找到種群已經(jīng)適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的跡象以及這些變化的生態(tài)影響。為此，研究人員檢查了魚是由化學(xué)方法制成的。

“我認為這篇論文中相對較新的部分是，我們可以將這些生物視為化學(xué)混合物，”魯?shù)侣f。“當(dāng)我們這樣做時，我們可以清楚地將他們的變化與他們的變化聯(lián)系起來。他們與環(huán)境互動的方式?！?

研究小組發(fā)現(xiàn)，野生捕獲的海魚和淡水魚的所謂“離子群”中的含量有很大不同。即使海魚在淡水中養(yǎng)殖，淡水魚在淡水中養(yǎng)殖，這些差異仍然存在。

然而，魚也表現(xiàn)出適應(yīng)新環(huán)境的跡象。

“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將海魚放入淡水中時，它們吸收磷的能力會增強，”魯?shù)侣f。"這是有道理的，因為磷實際上是淡水系統(tǒng)的限制因素."

總之，這項研究指出了一個罕見的情況，即科學(xué)家可以將遺傳差異與物理特征聯(lián)系起來，然后將這些特征與潛在的生態(tài)系統(tǒng)影響聯(lián)系起來，因為其他生物可以利用魚類擠壓或吸收的元素。魯?shù)侣€指出，研究結(jié)果強調(diào)了影響這些生態(tài)影響的進化變化有多快。

魯?shù)侣f，達爾文說，進化是緩慢的，發(fā)生在永恒之中，生態(tài)發(fā)生在我們的后院。“但事實并非如此。在許多系統(tǒng)中，進化正在迅速發(fā)生，在一個夏天，果蠅將在十年內(nèi)被迷惑?！?

他補充說，快速進化是我們今天看到的不斷變化的條件的一個特征，這將產(chǎn)生生態(tài)后果，并可能有一天幫助科學(xué)家預(yù)測物種將如何應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)。

魯?shù)侣f：“這提供了一種方法，在確定未來條件下種群和物種的命運時，進化和生態(tài)可以緊密結(jié)合在一起。

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