过度捕捞正在促使鳕鱼产生“超级基因”。原因何在?

Up close image of a cod fish with dark sea background.
Supergenes can tell us stories of how organisms respond to the world they live in.Image: Pixabay/VIVIANE6276
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  • “超级基因”是遗传物质的组合,能够在世代更替中得到更稳定的保留。

  • 鳕鱼体内发现的超级基因揭示了它们如何适应过度捕捞。科学家表示,这些基因将使鳕鱼更能抵御气候变化。

  • 数据显示,在鳕鱼身上,性状变化幅度最大、速度最快的情况与人类捕食者有关。

鳕鱼的“超级基因”让我们得以了解它们如何应对过度捕捞,而这些超级基因可能使它们更能适应其他环境变化。这一说法来自一项新研究,由挪威科学家发表。这可能是个好消息,因为鳕鱼具备能够让它们应对气候变化的遗传架构——不过目前这还只是相当推测性的判断。

对于研究鱼类在商业捕捞带来的强烈选择压力下如何演化的人来说,鳕鱼一直是典型的研究物种。例如,科学家此前发现,西北大西洋的鳕鱼在数量崩溃前,已显现出在体型更小或年龄更小时繁殖的迹象。

最新研究考察了鳕鱼当前及历史上的基因组(生物DNA中所含遗传指令的完整集合)。科学家尤其关注高度保守的“超级基因”区域,以及这些区域能告诉我们什么——鳕鱼是生态上至关重要、却遭到大量捕捞的海洋捕食者。

超级基因并非额外的单个基因。它们是遗传物质的组合,能够在世代更替中得到更稳定的保留。它们往往紧密耦合或连锁,对生物的一组性状起作用;这些性状十分重要,例如将生长速度与繁殖能力联系起来。

鳕鱼是商业捕捞的典型物种。Image: Pixabay/flyupmike

作者发现,挪威沿岸鳕鱼体内有三种超级基因得到保留。这三种超级基因在两个不同鳕鱼种群中的相对丰度有所不同:一个生活在近岸,一个生活在外海。这进一步印证了我们对东北大西洋鳕鱼的了解,这是件好事,因为如果鳕鱼都属于同一个繁殖种群,它们就更容易遭受过度捕捞。

这项研究带来的一个有趣启示是,科学家可以将基因组学方法与古老故事和图像中的信息,以及考古遗址发现的鱼骨和捕捞工具记录结合起来,从而重建鳕鱼历史上的可能种群规模。近期针对几种鱼类的研究显示,它们在欧洲周边海域的真实基准丰度可能被低估了。事实上,这项新分析表明,鳕鱼遭到过度捕捞,导致其数量在现代商业捕捞开始前数百年就已减少;过度捕捞的痕迹也刻印在它们的基因组中。

“东北大西洋的鳕鱼在现代捕捞出现之前就已减少。”Image: Sodeland 等人(2022)/《美国国家科学院院刊》(PNAS),CC BY-SA

人类捕食者如何改变猎物

如今,人们已普遍认识到,许多不同物种的种群都在不断变化。这包括在短短几代之内观察到的演化变化,例如体型、形状或生长速度等性状的改变,并对种群数量的波动产生重大影响。

科学家最近更新了一套大型数据集,目前汇集了野生种群中生物性状当代变化的逾7,000个案例。研究人员考察了观察到的性状变化(例如平均体型的变化)是短期且可逆的,还是对当地环境变化(如气温升高或引入捕食者)作出的较持久的演化响应。

他们的数据清楚显示,性状变化幅度最大、速度最快的情况与捕食有关——例如,捕食者在野生种群中捕食速度最慢、体型最小、体型最大或伪装最差的个体,从而使种群朝体型更小、更大或速度更快的方向变化。当捕食者是人类时,这些变化尤其迅速。

关于人类导致的捕捞诱导演化的理论如今已得到广泛确立。许多有力案例表明,对鱼类和猎物物种进行选择性捕捞会造成长期变化,例如影响其行为、体型或大小,以及达到性成熟的生长速度。我开展过实验室研究,既证明捕捞诱导演化可能发生,也揭示了这种永久性遗传变化可能对种群规模或最终产量等造成的影响。

这一研究领域并非没有争议,但如今人们普遍认同,在利用野生动植物作为资源时,应将进化选择压力纳入考量。随着新的科学方法不断出现,以及研究野生动物基因组的机会增多,我们或许会发现更多超级基因,并从中了解生物如何应对其所处的世界。

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