大约4000万年前，南极洲周围的水域温度适宜游泳。
温和的温度让各种各样的鱼类在南大洋繁衍生息，直到大陆漂移和气候变化导致海洋变冷。随着冰川的扩大和其他鱼类的逃离，有一种鱼类——南极鱼类——抓住了这个机会，将其多样化，并扩展到每一个可用的栖息地。
是什么让这些鱼能够在新的恶劣环境中茁壮成长?根据东北大学海洋科学中心最近的一项研究，在海水结冰之前，南极鱼曾经历过一段基因多样化的时期。当气候变化时，他们准备好了。
“这是一个有趣的生态故事，”东北大学博士后研究员、论文第一作者雅各布·达纳(Jacob Daane)说。“这有助于我们理解物种是如何随着环境变化而多样化的。”
而且，由于许多相同的特征在我们自己的物种中被认为是严重的疾病，他们的工作也可以帮助我们更多地了解人类健康。
多样性过剩
东北海洋与环境科学教授h·威廉·德特里奇(H. William Detrich)说:“notothenioid的祖先是海底居民。”它有密集的骨骼，缺乏大多数鱼类必须让它们在水中轻松漂浮的充气袋。
美国东北部海洋和环境科学教授h·威廉·德特里奇(H. William Detrich)正在研究南极鱼类的独特适应性。照片由Matthew Modoono/东北大学拍摄
现代的南极鱼骨骼脆弱，重量较轻，身体多油，有助于它们在不同的水柱中生活和进食。通过对40多种南极类物种基因组的特定片段进行测序，研究人员能够分析这些突变何时开始发生。令他们惊讶的是，他们发现这些特征早在气温下降之前就已经在基因库中漂浮了。
Detrich说:“在它们的竞争对手被赶走之前，南极物种已经进化出了密度小得多的骨骼。”“在冰期之前，这些鱼类的变化比人们想象的要多得多。”
在气候变化之前的一段时间内，南极类生物基因库的变异数量增加了。基因的变异速度比平常快，导致了基因多样性的过剩。研究人员还不确定是什么原因导致了这种激增，但当鱼类突然需要适应严重的环境变化时，这给了它们竞争优势。
Daane说:“从某种程度上说，他们已经准备好利用应对这次气候事件而出现的大量机会。”
随着我们目前的气候继续变化，像这样的研究可以帮助研究人员预测不同的物种将如何应对新常态。它强调了不仅要了解动物现在生活在哪里，而且要了解其潜在的遗传多样性如何帮助它在未来适应环境的重要性。
博士后研究员Jacob Daane帮助测序了40多种南极鱼类基因组的特定部分。照片由Matthew Modoono/东北大学拍摄“为了预测海洋生物将如何应对气候变化，我们需要了解它们的遗传和基因组历史，”Detrich说。“这些鱼类是否有足够的变异，以及足够的后代来利用这些变异，从而使它们进化并应对气候变暖?”
脆弱的骨头，糟糕的血液和巨大的心脏
当气候变化可能对人类造成致命影响时，同样的突变也帮助了南极鱼的繁盛。诺德鱼的种类有脆弱的骨骼、低效的肾脏、过度生长的心脏和透明的血液。研究它们的基因可以更好地了解人类疾病。
黑鳍冷鱼的基因组测序可能有助于我们更好地理解贫血、骨质疏松症和其他疾病
read more
Daane说:“尽管发生了一些变化，但这些鱼还是茁壮成长。”“我们希望找出这些鱼用来平衡负面后果的机制。”
研究人员特别检测了与骨密度有关的三个基因。这些基因的变化使得南极类恐龙能够离开海底。但在人类中，这些突变可能是致命的。如果一个人与他们一起生存，他们可能会遭受严重的骨骼畸形和脆性骨骼。
为了了解这些基因的作用，研究人员在斑马鱼的胚胎中进行了类似的突变。就像南极鱼一样，斑马鱼孵化时的骨架密度比平常小得多。但除此之外，他们似乎很健康。
“似乎你可以在不影响鱼类的情况下变异这些基因，”Daane说。“他们的骨密度很低，但他们做到了。”
了解这些独特的类南极鱼特征背后的基因变化，有助于研究人员识别与心脏增大、血液紊乱或肾脏疾病相关的基因，甚至可能揭示治疗这些疾病的方法。
“鱼类和人类，我们都是脊椎动物，”德特里奇说。“我们长得不像，呼吸不像，很多事情都不像，但从根本上说，我们的生化和生理过程非常相似。”
如有任何媒体查询，请致电[email protected]或617-373-5718与香农·纳尔吉联系。