从天空落向海洋和极地 科学家揭示企鹅演化历程

光明日报北京7月19日电(记者张蕾)

由我国科学家领衔的中外联合研究团队通过重建企鹅的起源与演化过程,揭示出环境变化、气候及地质事件对物种形成的影响,并找到一系列能够解释企鹅如何二次适应海洋生态环境的关键性状分子基础。相关研究成果19日晚发表在权威学术期刊《自然·通讯》。

据论文共同第一作者、深圳华大生命科学研究院的周程冉博士介绍,企鹅拥有高度适应海洋环境及南极等极端环境的特征,它们大约在6000万年前失去飞行能力,转而具备鸟类中最强的潜泳能力。观察企鹅的演化历程,研究它们重返海洋的机制,探索环境变化对其影响,让研究者有机会了解生物适应水生环境及极端环境的机制,从而更好地认识和保护它们。

研究人员收集、构建了几乎所有已知的74种企鹅(包括灭绝物种在内)数据,通过融合基因组学和古生物学等手段,综合比较、分析灭绝物种和现生类群,首次在全球范围内公开所有近代企鹅物种的高质量基因组,包括亚种、地方支系以及近期灭绝的物种。“通过这些数据,我们有机会全面揭示企鹅这一大类群的物种形成和灭绝过程。现生企鹅的共同祖先出现在大约1400万年前,之后气候环境的变化推动了企鹅物种的快速分化,在此过程中伴随着复杂的基因流动,这些对现生企鹅的形态多样性塑造产生了巨大影响。”论文通讯作者、浙江大学生命演化研究中心教授张国捷指出。

传统观点认为热带或温带生物相对极地生物拥有更快的演化速率,但研究人员发现帝企鹅等高纬度企鹅的演化速率比低纬度企鹅更快。“南极环境引起的压力与历史气候波动等因素共同推动企鹅的扩散与分化,而且在一定程度上促进高纬度物种适应极地环境。”周程冉解释。此外,研究人员还发现企鹅适应特殊环境的相关重要基因受到选择,例如体温调节、视觉改变、氧结合等,并发现血红蛋白和肌红蛋白的突变位点使企鹅能更好地利用血氧延长潜水时间,而光敏感基因的改变则使企鹅可以看见紫外光等短波长光,从而具有敏锐的水下视觉。

“随着大陆板块运动和大气中二氧化碳浓度的变化,在过去6000多万年的漫长时间里,企鹅经历了巨大的环境变化,尤其是从温暖的亚热带到‘寒冰地狱’的变迁,但是每次环境剧变后都有企鹅支系脱颖而出并繁荣兴盛。”论文作者、中国科学院动物研究所研究员张德兴认为,这说明企鹅具有极强的演化适应能力,让人们对于这些神奇动物的未来感到乐观。

《光明日报》( 2022年07月20日 08版)