候鳥遷徙怎么飛，會(huì)迷路嗎？科學(xué)家揭秘其中關(guān)鍵基因
pixabay.com
撰文 | 解茵茵
責(zé)編 | 計(jì)永勝
● ● ●
冬去春回，南雁北歸。候鳥遷徙是大自然里一道靚麗的風(fēng)景。在北極地區(qū)，數(shù)以百萬計(jì)的候鳥繁衍生息。它們每年秋季向南遷徙至低緯度越冬，待來年春季返回。
有趣的是，候鳥的遷徙路線在幾年內(nèi)基本穩(wěn)定。那么，候鳥是如何記住遷徙路線的呢？哪些因素影響了候鳥的遷徙路線呢？
中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員詹祥江長(zhǎng)期從事種群和進(jìn)化遺傳學(xué)研究。該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院大學(xué)、英國(guó)卡迪夫大學(xué)、布里斯托大學(xué)等機(jī)構(gòu)連續(xù)多年跟蹤了北極地區(qū)游隼（Falco peregrinus）的遷徙路線，并發(fā)現(xiàn)ADCY8基因可能通過調(diào)節(jié)長(zhǎng)期記憶影響游隼的遷徙距離。該研究成果于2021年3月4日發(fā)表在《自然》（Nature）雜志 [1]。
游隼是一種中型猛禽，體長(zhǎng)半米左右。每年九月左右，游隼就會(huì)從繁殖地出發(fā)，經(jīng)過一個(gè)月左右的長(zhǎng)途飛翔，到達(dá)越冬地點(diǎn)。為了跟蹤游隼的遷徙過程，研究人員為北極圈附近6個(gè)不同地區(qū)（科拉半島、科爾古耶夫島、亞馬爾半島、泰梅爾半島、勒拿河、科雷馬河）的共計(jì)56只游隼安裝了衛(wèi)星遙感追蹤器，獲得了150條完整的遷徙路線。所有種群都顯示出高度的遷徙連通性（migratory connectivity），說明游隼對(duì)路線有長(zhǎng)期記憶。通過分析遷徙距離，研究人員將游隼種群分為西部的短距種群（2個(gè)，平均3680千米）與東部的長(zhǎng)距種群（4個(gè)，平均6134千米）。
圖1. 通過衛(wèi)星遙感追蹤建立的來自6個(gè)種群共計(jì)56只游隼的5組遷徙路線。（圖源：參考文獻(xiàn)[1,3]）
短距種群與長(zhǎng)距種群是在什么時(shí)間發(fā)生分化的呢？
隨后，作者比對(duì)了2個(gè)短距和2個(gè)長(zhǎng)距種群中共計(jì)35只游隼的基因組重測(cè)序結(jié)果，并結(jié)合地球氣候歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析和計(jì)算機(jī)模擬。結(jié)果顯示，由冰期變化引起的適宜棲息地變化與游隼的數(shù)量和分布變化密切相關(guān)。作者推測(cè)游隼的遷徙路線在末次盛冰期（約2萬至3萬年前）至全新世中期（約5千至7千年前）間發(fā)生了方向與距離的劇烈改變，也導(dǎo)致了長(zhǎng)遷徙種群的形成。
圖2. 從左至右分別為：經(jīng)模擬的末次盛冰期、全新世中期，以及當(dāng)今的游隼繁殖地、越冬地和遷徙路線。（圖源：參考文獻(xiàn)[1]）
研究人員繼續(xù)對(duì)長(zhǎng)、短遷徙種群的基因組信息進(jìn)行深度分析后鑒定出37個(gè)差異基因，其中的ADCY8基因表現(xiàn)最為搶眼。ADCY8基因編碼腺苷酸環(huán)化酶8，后者可將ATP催化為cAMP。之前研究表明，cAMP作為第二信使參與調(diào)控記憶相關(guān)基因表達(dá) [2]。研究人員通過功能基因組學(xué)研究證明長(zhǎng)遷徙種群特有的ADCY8基因表達(dá)更高，并推測(cè)ADCY8通過調(diào)節(jié)游隼的長(zhǎng)期記憶影響遷徙距離。
最后，研究人員通過生態(tài)位建模預(yù)測(cè)了全球變暖對(duì)游隼種群和遷徙的影響。結(jié)果顯示，游隼的適宜棲息地面積將不同程度的減少，尤其是西部短遷徙種群受影響最為嚴(yán)重。同時(shí)，西部短遷徙種群的遷徙路線會(huì)縮短，而東部長(zhǎng)遷徙種群的遷徙路線會(huì)延長(zhǎng)。
圖3. 全球氣候變暖對(duì)游隼未來?xiàng)⒌睾瓦w徙距離的影響。（圖源：參考文獻(xiàn)[1]）
德國(guó)阿爾弗雷德·韋格納研究所亥姆霍茲極地和海洋研究中心（Alfred wegener institute helmholtz centre for polar and marine research）西蒙·利索夫斯基（Simeon Lisovski）和馬克斯·普朗克進(jìn)化生物學(xué)研究所（Max Planck Institute for Evolutionary Biology）米里亞姆·利德沃格爾（Miriam Liedvogel）在《自然》發(fā)表觀點(diǎn)文章稱，該研究是多學(xué)科交叉的很有價(jià)值的范例，為我們理解自然現(xiàn)象提供了多角度證據(jù)，也為更好的進(jìn)行動(dòng)物保護(hù)提供了新策略[3]。
制版編輯 | 盧卡斯
