作者:Lee H. Simons 来源:POTRSB 发布时间:2016/2/4 16:42:12
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几百年铸就进化传奇
遗传学研究揭示环境压力催生独特沙漠鱼

 

潜水员在魔鬼洞蓄水层收集魔鬼洞鳉的数据。图片来源:Brett Seymour

人们似乎不可能在美国内华达沙漠腹地找到一条鱼。但是,炙热死亡谷的一条地下裂缝却是魔鬼洞鳉的唯一天然栖息地。这种濒临灭绝的沙漠鱼外表呈银蓝色,体形与宠物金鱼相当。

死亡谷目前仍是北美洲海拔最低、最干燥、最热的地区之一。魔鬼洞里的水温维持在32摄氏度,这一温度足以杀死其他大多数鱼类。而且,这个通向地下深湖的洞穴一年里有两个月没有阳光直射。但科学家认为,这一小群沙漠鱼已经在这里生存了1万~2万年,是经历死亡谷从肥沃绿洲变成死寂沙漠的坚强幸存者。

目前,越来越多的证据显示,这些沙漠鱼可能比之前预想的更“年轻”。一项新研究发现,魔鬼洞鳉实际可能在105年~830年前才开始“殖民”这片洞穴水域,这也让科学家反思它们是如何从最初的家园来到这里的。

“我们的最新估计结果在某种程度上让该物种更具吸引力,原因是与其他鳉类相比,魔鬼洞鳉有那么多的独特特性。”领衔该研究的北卡罗来纳大学生物学家Christopher Martin说。

这些沙漠鱼可能在一个丰水期首次来到死亡谷,那时,这片水域可能与其他地方的湖泊或河流连通。但当水流干涸,这片区域变成沙漠,这些鳉被孤立在少数泉水中。正如达尔文雀那样,栖息在不同水池中的鳉经年累月进化出不同特征,并变成独特物种。它们仅在偶然情况下彼此混合,例如洪水暂时连通相邻的孤立水池。

另一方面,魔鬼洞也是一个“孤岛”,栖息在这里的沙漠鱼种群十分小,自上世纪70年代开始有官方记录以来,这些鱼的数量徘徊在35至548之间。而魔鬼洞鳉的幸存也是进化异常的预示,它们通常存在严重的近亲交配,并逐渐灭绝。Martin说:“我们所知的保护遗传学认为,这些非常小规模的种群不可能长期存在下去。”

此外,科学家长期以来对魔鬼洞鳉生存(并延伸及其在死亡谷的亲属)的预测主要基于诸如洪水等能将它们带到这里的事件的发生时间,而非它们的进化历史。因此,Martin和同事开始研究相关遗传学数据。为了找出魔鬼洞鳉与其亲属“分道扬镳”的时间,研究人员测序了来自死亡谷和世界其他地方的56条鳉的1.3万个不同的DNA片段。他们能使用这些数据重建魔鬼洞鳉的谱系图,并计算出不同的种群出现于何时。

尽管科学家曾认为第一条鳉在数百万年前来到死亡谷,但新分析数据表明,它们在约1万年前发生的一次洪水中来到这片不毛之地。相关分析结果还暗示,魔鬼洞鳉在约1000年前才开始与其他死亡谷鳉相互隔绝。该研究小组近日将相关成果在线发表于英国《皇家学会学报B》

另外,建立在数个更小规模研究基础上的发现还表明,魔鬼洞鳉的出现时间距今更短。“这个结论是惊人的,我会说,越来越多的证据表明,魔鬼洞鳉比我们之前预想的更‘年轻’。”北达科他州州立大学生物学家Craig Stockwell说。Stockwell曾在2014年发表过类似但规模更小的基因分析结果。

“多年来,关于该物种的一个主要问题是,这些鱼最初如何来到魔鬼洞?”未参与该项目的加州州立理工大学生物学家Sean Lema说,“迄今为止,这确实是从基因证据找出该物种出现分隔的最好尝试。”

尽管可能更年轻,魔鬼洞鳉却已经发展出一些独有的特性。与其亲属相比,它们更小也更少侵略性。它们的眼睛更大,鳞片颜色更深,而且相较于其他栖息在沙漠的鳉类,魔鬼洞鳉没有腹鳍。如果Martin的分析是正确的,这种鱼则在1000年甚至更短的时间里进化出了这些特征。这在进化时间尺度中属于非常迅速。

“我认为,魔鬼洞独特的栖息环境导致了魔鬼洞鳉独一无二的特质。”Martin说,“这里是我在自然界中见到过的最极端的鱼类栖息地之一。”这种鱼只在距离岸边数米的水下岩石上产卵,这也是脊椎动物最小的自然栖息地。在黑暗洞穴中,食物相当匮乏。这样充满挑战的环境,将能对鳉类施加额外的压力,以促进其更快地变化,尽管人们目前尚不清楚这些适应性改变如何对其有利。

Martin强调这些发现只是初步的,仍须进一步研究以解开魔鬼洞鳉的进化史。例如,人们仍然不清楚假如洪水没有将它们冲走,鳉类最初是如何占领魔鬼洞的。Martin认为,人类干预可能发挥了作用。该地区的美洲原住民食用鳉类,这可能使得一些鳉在水塘间移动。此外,鸟类也可能在无意间将鱼卵从一个水塘带到另一个水塘。

魔鬼洞鳉的未来也扑朔迷离。这种鱼的数量在近年来出现下滑,科学家还不确定原因。但到目前为止,它们仍坚守在魔鬼洞中。“当我观察这个栖息地时,我十分惊讶。”Martin说。(来源:中国科学报 赵熙熙)

 
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