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通过桡足类动物研究来了解海洋生物适应气候变化的进化机制

花匠小妙招
2024-11-12 03:21

假设我们可以持续观测二十代鲸鱼或鲨鱼，研究它们如何进化，以及它们的生物结构如何随着温度和二氧化碳水平的上升而变化，我们就可以了解到海洋生物适应气候变化的能力。但是，这一过程需要耗费数百年的时间，这对于试图了解这些变化的科学家以及寻找限制气候变化和适应当今风险的措施的政策制定者来说，并不是很实用。

桡足类动物Acartia Tonya是一种食物网底部的微小甲壳类动物，是许多具有经济价值的鱼类的重要食物源。相比之下，它能够在20天内繁殖、成熟并创造出新一代，繁衍二十代大约只需要一年。为了进一步了解其适应环境变化的能力和长期影响，科学家们将数千只桡足动物暴露在高温和高二氧化碳水平下，观察其发育过程。该研究由德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心（GEOMAR）的Reid Brennan教授领导，在佛蒙特大学（UVM）进行。

Brennan教授强调，了解这些类型的生物能否进化以应对全球变化非常重要，因为它们是食物网的基础，没有它们，海洋中的鱼类也将不复存在。Brennan教授也将进一步观测桡足类动物对气候变化的反应，研究它们是否能够世代适应，以及这些物种发展出什么样的进化拯救机制。他的工作基础是在气候室中进行受控实验，然后在实验室进行基因组测序。

在UVM，Brennan教授和他的导师Melissa Pespeni教授博士观察了在二氧化碳浓度和温度不断上升的情况下二十代Acartia tonsa的发育过程，正如对未来海洋的预测。之后，一些桡足类动物被放在与今天的海洋相似的初始条件下，继续繁衍三代。

该研究结果发表在《自然通讯》（Nature Communications）。研究结果表明，生命应对气候变化是有希望的，但是也很复杂。桡足动物在实验性的气候变化条件下能够持续存活，甚至繁衍生息。科学家们也记录了桡足类基因的许多变化，这些变化与它们如何应对热应激、在更酸性的水中生长骨骼、产生能量以及其他受气候变化影响的细胞过程有关。结果表明，这些动物的基因构成能够利用自然种群中存在的变异，适应超过二十代，并不断进化以保持它们在急剧变化的环境中的适应能力。

该研究团队的观察结果支持了一个观点，即桡足类动物能够适应由于人类使用化石燃料而导致的海洋快速变暖和酸化。然而，在回到初始条件后，科学家们发现帮助桡足类动物进化超二十代的灵活性（科学家称之为“表型可塑性”），在它们试图回到之前的良性条件时被侵蚀了。在初始条件下，桡足类动物的健康状况较差，种群数量较少。它们已经失去了忍受有限食物供应的能力，对其他新形式的压力也表现出了较低的恢复能力。

Brennan教授也指出，科学家们需要谨慎对待那些关于物种的生存状况以及哪些物种能持续到未来的过于简单的模型，因为这些模型只看重一个变量。科学家们对桡足类动物的新研究也指出了一个关于复杂进化经济的更大真相：在一个气候突然变暖的世界里，快速进化可能会带来无法预见的代价。（刁何煜编译）