按照《圣經(jīng)》中記載的傳說，諾亞方舟可以讓諾亞與他的家人、以及世界上各種陸上生物在“末世大洪水”中幸存下來，延續(xù)生命的火種。然而，基于一項(xiàng)史無前例的研究得出的結(jié)論，這個(gè)計(jì)劃最終將會(huì)失敗。
圖：美國佛蒙特大學(xué)生物學(xué)家梅麗莎·佩斯佩尼(Melissa Pespeni)研究的紫海膽
這項(xiàng)研究闡明了在一個(gè)氣溫不斷上升、海洋酸化的世界里，哪些海洋物種可能有更強(qiáng)的生存能力。結(jié)果顯示，即使每個(gè)物種都能剩下雌雄兩個(gè)（甚至多個(gè)）個(gè)體，在一個(gè)氣候發(fā)生變化的星球上存活下來的機(jī)會(huì)可能也微乎其微。
美國佛蒙特大學(xué)生物學(xué)家梅麗莎·佩斯佩尼(Melissa Pespeni)領(lǐng)導(dǎo)的最新研究，檢查了數(shù)十萬海膽幼體在海水酸度適中或極低的情況下對(duì)環(huán)境的反應(yīng)。
暗藏在DNA中的拯救方式
佩斯佩尼和她的團(tuán)隊(duì)驚奇地發(fā)現(xiàn)，一小部分海膽的DNA發(fā)生了罕見的變異，這對(duì)它們的生存非常有用。這些罕見的基因變異“有點(diǎn)兒像在佛蒙特州零下20攝氏度的氣溫下，在50件輕便夾克外再穿上冬衣”，佩斯佩尼說：“正是這件冬衣讓海膽活了下來?！?/p>
當(dāng)水的酸性大幅增加時(shí)，這些罕見的變異在海膽幼體中出現(xiàn)的頻率會(huì)增加。這些基因可以讓下一代海膽改變各種蛋白質(zhì)功能，比如它們用來制造堅(jiān)硬但容易溶解的外殼和控制細(xì)胞酸度的蛋白質(zhì)。
但是要在種群中維持這些罕見的變異以及其他需要的基因變異，并允許它們對(duì)水的不同酸性水平作出反應(yīng)，可能需要許多個(gè)體。這項(xiàng)新研究的主要作者里德·布倫南(Reid Brennan)說：“種群越大，變異就越罕見。如果我們減少種群規(guī)模，那么我們進(jìn)化出有益基因變異的可能性就會(huì)大幅降低?！?/p>
換句話說，有些生物體可能會(huì)在氣候變化的世界中生存下來，因?yàn)樗鼈兡軌蚋淖冏约旱纳頎顟B(tài)，比如流汗更多。有些物種能夠遷移。但對(duì)其他物種來說，他們唯一的希望就是進(jìn)化，被隱藏在罕見DNA片段中的潛在突變可能是維系它們生存的最后一根稻草。
快速適應(yīng)變化至關(guān)重要
佩斯佩尼團(tuán)隊(duì)研究的紫海膽屬于野生種群，其分布范圍從美國加州的巴哈一直延伸到阿拉斯加州。這些多刺的生物生活在巖礁和海帶森林中，它們是海獺最喜歡的美食，也是潮間帶和潮下帶形成生命的關(guān)鍵物種。
科學(xué)家們指出，由于海膽數(shù)量龐大，地理分布范圍廣，生活環(huán)境也各不相同，因此它們有很高的“長期遺傳突變幾率”。這使得紫海膽很有可能在未來酸化海洋的嚴(yán)酷環(huán)境中存活下來，同時(shí)也為理解海洋生物如何適應(yīng)快速變化的環(huán)境提供借鑒。
正如最近聯(lián)合國發(fā)布的生物多樣性報(bào)告所指出的那樣，全球平均氣溫上升是導(dǎo)致100多萬種物種瀕臨滅絕的根本原因。但重要的不只是平均氣溫的上升，生物體面臨的極限生存考驗(yàn)可能是最炎熱的時(shí)刻或是酸性最強(qiáng)的環(huán)境。然而，正如研究人員所說的那樣：“允許快速適應(yīng)極端條件的遺傳機(jī)制很少被探索?！?/p>
罕見變異觸發(fā)進(jìn)化機(jī)制
佩斯佩尼團(tuán)隊(duì)的研究采用了一項(xiàng)創(chuàng)新的“單代選擇”實(shí)驗(yàn)，從捕獲25只野生的成年海膽開始。每只雌海膽產(chǎn)下大約20萬個(gè)卵子，科學(xué)家們從這些卵子中提取了生活在不同水域的大約2萬只存活幼體的DNA。
大量的紫海膽個(gè)體讓科學(xué)家們清楚地認(rèn)識(shí)到，紫海膽擁有一種遺傳基因，可以幫助它們適應(yīng)酸性極強(qiáng)的海水。布倫南說：“這種海膽在短期內(nèi)可能沒有生存壓力。它們可以對(duì)環(huán)境做出反應(yīng)，并擁有進(jìn)化所需的基因變異。不過，前提是我們需要保護(hù)它們的棲息地，保持它們的龐大種群數(shù)量。”
但是，要克服氣候迅速變化帶來的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，可能要付出高昂的代價(jià)。佩斯佩尼表示:“進(jìn)化有希望發(fā)生，這些罕見的變異能發(fā)揮如此強(qiáng)大的作用，這令人驚訝和興奮。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)物種的長期生存具有重要意義?！?/p>
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