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水體嚴(yán)重污染，魚類如何適應(yīng)？

2021/07/13

導(dǎo)讀

人類腳印的痕跡會(huì)留下永久的傷痕

水污染

日益惡化的海洋生態(tài)正嚴(yán)重威脅著海洋生物的豐富度和多樣性 | 圖源pixabay.com

導(dǎo) 讀

生物可能在高度選擇壓力下演化出相應(yīng)的生存對(duì)策，正如歌德的詩(shī)篇《自然》中所言，“自然，她永遠(yuǎn)創(chuàng)造新的形體；現(xiàn)在有的，從前不曾有的，曾經(jīng)出現(xiàn)的，將永遠(yuǎn)不再來；萬象皆新，又終古如斯?！?生命終究會(huì)茍且適應(yīng)，自然或許會(huì)傷后痊愈，但人類腳印的痕跡會(huì)留下永久的傷痕。

撰文 | 吳蕾

責(zé)編 | 馮灝

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2021年初夏，青島滸苔綠潮再度來襲，其不同以往的超大規(guī)模與近海人類活動(dòng)、陸源營(yíng)養(yǎng)輸入、全球變暖等都脫不開干系。事實(shí)上，日益惡化的海洋生態(tài)正嚴(yán)重威脅著海洋生物的豐富度和多樣性。

一般認(rèn)為，當(dāng)種群足夠大時(shí)，更有可能獲得隨機(jī)產(chǎn)生的有利突變，使得種群更能適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境。然而面對(duì)極端變化的外部環(huán)境，種群也可能會(huì)進(jìn)入 “屋漏偏逢連夜雨” 的境地：新發(fā)突變產(chǎn)生得太慢，種群中原有的變異不足以提供需要的適應(yīng)性。即便如此，在極端污染的環(huán)境下，依然有一些生物能夠頑強(qiáng)地生存下去——它們是如何做到的呢

一對(duì)鳉魚近親——加拿大底鳉和大底鳉，為我們展現(xiàn)了生命的智慧。

妙手偶得的耐受性

加拿大底鳉（Fundulus heteroclitus）廣泛分布于美國(guó)大西洋沿岸的鹽沼河口灣，甚至出現(xiàn)在有毒污染物達(dá)到大多數(shù)鳉魚致死劑量8000倍以上的環(huán)境中 [1-3]。實(shí)驗(yàn)表明，一些污染地區(qū)的種群對(duì)污染物具有更高的抗性，且這種抗性是可遺傳的 [4]。那么，究竟是哪些遺傳上的改變提升了它們對(duì)污染物的抵抗能力呢？

加拿大底鳉 | 圖源wikipedia.org

時(shí)間撥回2016年，科學(xué)家們對(duì)美國(guó)東部沿岸的四個(gè)區(qū)域的加拿大底鳉種群進(jìn)行了研究 [5]。自上個(gè)世紀(jì)以來，這些地區(qū)持續(xù)受到二噁英、多氯聯(lián)苯、汞和其他工業(yè)化學(xué)品的嚴(yán)重污染。

一般認(rèn)為，種群的地理分布與它們的進(jìn)化歷史密切相關(guān)。從遺傳結(jié)構(gòu)上來看，加拿大底鳉中地理上相互臨近的種群在進(jìn)化關(guān)系上更為相近。然而，這篇發(fā)表于《科學(xué)》雜志的研究發(fā)現(xiàn)，自然選擇這只 “看不見的手” 會(huì)在基因組中留下它的 “神跡”。如果基因組中的一些區(qū)域能夠影響生物適應(yīng)環(huán)境的能力，那么選擇壓力的作用將導(dǎo)致這些區(qū)域在不同特性的種群之間分化程度更高。基于這一點(diǎn)，通過在不同種群中尋找高度分化的片段，研究人員就能確定出關(guān)鍵的基因組區(qū)域。

四對(duì)耐受性種群（T）和敏感性種群（S）的采樣點(diǎn)分布圖 | 圖源[5]

研究人員在每個(gè)區(qū)域選擇了兩個(gè)加拿大底鳉種群——一個(gè)在高度污染環(huán)境中生活的耐受種群（tolerant，T）以及一個(gè)作為對(duì)照的敏感種群（sensitive，S），比較耐受種群與敏感種群之間基因組明顯差異的片段，找到了一些可能受到自然選擇作用影響的位點(diǎn)。

四個(gè)耐受性種群共享的高度分化區(qū)域及相關(guān)基因 | 圖源[5]

研究人員發(fā)現(xiàn)，四個(gè)耐受性種群共享的高度分化區(qū)域（與各自分布區(qū)周邊的敏感種群相比）中包含了一些參與芳香烴受體（AHR）信號(hào)通路的關(guān)鍵基因（AHR2a、AHR1a、AIP 和CYP1A），使用 PCB 126（一種實(shí)驗(yàn)常用的毒性污染物）處理敏感種群和耐受種群的胚胎時(shí)，耐受種群中受AHR 調(diào)控基因的表達(dá)下降，進(jìn)一步表明了AHR 信號(hào)通路可能與對(duì)污染物的耐受性有關(guān)。