小魚中的一個基因如何改變水生生態(tài)系統(tǒng)？

在不列顛哥倫比亞省溫哥華島的偏遠地區(qū)，肯尼迪湖的深藍色海域超過25平方英里。這個湖是三足動物和一種小魚的棲息地，為進化研究提供了豐富的飼料。

這些帶刺的魚在海洋和淡水棲息地茁壯成長，存在于北美、歐洲和亞洲北部海岸的大多數(shù)內陸水域。對于科學家來說，這個物種有一個顯著的變異特征，這是由一個基因控制的：骨骼的數(shù)量或骨骼上的“盔甲”。

根據(jù)賓夕法尼亞大學博士后研究員塞斯魯?shù)侣I導的一項新研究，這種基因在這種小魚中的變異可能會改變更廣泛的水生生態(tài)系統(tǒng)。研究人員發(fā)現(xiàn)，擁有更多盔甲的魚會向周圍的水中釋放更多的磷。由于磷是水生生態(tài)系統(tǒng)中的關鍵元素，這種差異可能會對淡水或海洋區(qū)域的微生物、植物和藻類產(chǎn)生涓滴效應。

“基因組學在促進許多學科和子學科的生物研究方面發(fā)揮了如此重要的作用，”該工作的第一作者魯?shù)侣f，他在不列顛哥倫比亞大學(UBC)博士研究期間與同事一起完成了這項調查?！暗艺J為最重要的是，這項研究的動機是我們如何應用基因組學來幫助我們更好地理解生態(tài)系統(tǒng)。在某種程度上，我把這項工作看作是一個概念的證明，即不斷變化的情況會影響個體基因中的生態(tài)?！?

該團隊使用新穎的方法來評估進化如何影響單個魚類的元素組成，基本上將生物視為一堆原子——碳、鈣、鍶等。他們發(fā)現(xiàn)的進化表明，進化不僅可以區(qū)分海魚的元素組成，還會影響其淡水對應物的組成，還會影響其從環(huán)境中吸收元素的能力。

“我認為進化確實影響了這些魚的離子運動，這一事實令人驚訝，”魯?shù)侣劦竭@項發(fā)表在《生態(tài)快報》雜志上的工作時說。

一般來說，海水中的粘性物質電鍍較多，而淡水中的粘性物質較少。然而，肯尼迪湖的頑固種群并不常見，因為它有穩(wěn)定的“低鍍”和“高鍍”魚類種群，受Eda基因控制，是理想的研究場所。

當魯?shù)侣退耐聜儚暮锸占藘煞N魚，并把它們放入過濾水中時，他們發(fā)現(xiàn)鍍金量高的魚比鍍金量低的魚排出更多的磷。他們還使用了更常見的與毒理學研究相關的方法來追蹤放射性同位素，他們還發(fā)現(xiàn)鍍覆量高的魚消耗更多的鈣。

這一發(fā)現(xiàn)表明，魚類的Eda基因版本會影響其與周圍環(huán)境的相互作用，從而可能導致整個生態(tài)系統(tǒng)的影響。

在研究的第二部分，魯?shù)侣秃现咴诓涣蓄嵏鐐惐葋喪〉钠渌貐^(qū)觀察了這種魚，并從海洋環(huán)境中收集了魚，其中通常有更多的魚，或者與低水平相關的淡水魚，以便找到種群已經(jīng)適應當?shù)丨h(huán)境的跡象以及這些變化的生態(tài)影響。為此，研究人員檢查了魚是由化學方法制成的。

“我認為這篇論文中相對較新的部分是，我們可以將這些生物視為化學混合物，”魯?shù)侣f?！爱斘覀冞@樣做時，我們可以清楚地將他們的變化與他們的變化聯(lián)系起來。他們與環(huán)境互動的方式?！?

研究小組發(fā)現(xiàn)，野生捕獲的海魚和淡水魚的所謂“離子群”中的含量有很大不同。即使海魚在淡水中養(yǎng)殖，淡水魚在淡水中養(yǎng)殖，這些差異仍然存在。

然而，魚也表現(xiàn)出適應新環(huán)境的跡象。

“我們發(fā)現(xiàn)，當將海魚放入淡水中時，它們吸收磷的能力會增強，”魯?shù)侣f。"這是有道理的，因為磷實際上是淡水系統(tǒng)的限制因素."

總之，這項研究指出了一個罕見的情況，即科學家可以將遺傳差異與物理特征聯(lián)系起來，然后將這些特征與潛在的生態(tài)系統(tǒng)影響聯(lián)系起來，因為其他生物可以利用魚類擠壓或吸收的元素。魯?shù)侣€指出，研究結果強調了影響這些生態(tài)影響的進化變化有多快。

魯?shù)侣f，達爾文說，進化是緩慢的，發(fā)生在永恒之中，生態(tài)發(fā)生在我們的后院?！暗聦嵅⒎侨绱恕Ｔ谠S多系統(tǒng)中，進化正在迅速發(fā)生，在一個夏天，果蠅將在十年內被迷惑?！?

他補充說，快速進化是我們今天看到的不斷變化的條件的一個特征，這將產(chǎn)生生態(tài)后果，并可能有一天幫助科學家預測物種將如何應對未來的挑戰(zhàn)。

魯?shù)侣f：“這提供了一種方法，在確定未來條件下種群和物種的命運時，進化和生態(tài)可以緊密結合在一起。

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