科技日報記者 趙漢斌
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大約六千萬年前，企鵝失去了飛翔的能力，卻轉(zhuǎn)而成為鳥類中最強的“潛泳健將”。
在漫長的歷史進程中，企鵝如何演化出能在地球最極端環(huán)境中棲居的獨特適應(yīng)性？近期，通過多學科的聯(lián)合，科學家們確定了一組可能支持與體溫調(diào)節(jié)、潛水、視力、飲食、免疫和體型相關(guān)的適應(yīng)的基因，從而揭示了企鵝的演化歷程與適應(yīng)環(huán)境的分子機制。7月19日《自然·通訊》期刊在線發(fā)表了這一研究成果。
“企鵝是最具標志性的鳥類群體之一。由于它們具有適應(yīng)海洋生態(tài)系統(tǒng)和極端生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)、生理等特征，因此是研究生物二次適應(yīng)水生環(huán)境的范例，也是研究生物適應(yīng)地球極端環(huán)境的重要對象。”中科院昆明動物所生物多樣性基因組學研究課題組負責人張國捷研究員介紹，作為全球變化對生態(tài)系統(tǒng)影響的“哨兵”，企鵝對環(huán)境變化非常敏感。
此前，張國捷等人與華大生命科學研究院合作，以企鵝為研究對象，融合了系統(tǒng)基因組學、古生物學、生物地理學、形態(tài)學、功能與行為學等學科手段，綜合了滅絕物種類群和現(xiàn)生類群的比較分析，對企鵝的演化歷程、環(huán)境適應(yīng)與響應(yīng)等方面展開分析。
科研團隊在全球范圍收集了囊括化石物種在內(nèi)的所有已知的74種企鵝的形態(tài)及地理等數(shù)據(jù)，構(gòu)建了全部24種現(xiàn)存企鵝和近代滅絕的3種企鵝的高質(zhì)量基因組數(shù)據(jù)集，并融合了系統(tǒng)基因組學、古生物學、形態(tài)學與行為學等手段，綜合了滅絕物種類群和現(xiàn)生類群的比較分析，厘清了企鵝成員之間的演化關(guān)系，重建了企鵝的演化歷史。
“通過研究，我們發(fā)現(xiàn)大約6500萬年前的時候，企鵝的祖先最先出現(xiàn)在古西蘭地區(qū)?！睆垏萁榻B，大約1400萬年前，現(xiàn)代企鵝的共同祖先才在古南美洲現(xiàn)身，并向南極洲擴散。在南極半島和南極大陸分化形成了著名的王企鵝屬后，其他現(xiàn)代企鵝分支也先后出現(xiàn)。
研究發(fā)現(xiàn)，在6000多萬年以來，企鵝形體型逐漸趨向小型化；喙、四肢等形態(tài)特征逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦m合海洋環(huán)境的特征；企鵝的物種數(shù)目由于冰期事件的影響，也與溫度也呈現(xiàn)了相反的變化趨勢。
同時，在演化速率方面，帝企鵝等高緯度的企鵝具有比低緯度企鵝顯著更快的演化速率，表明南極極端環(huán)境給高緯度企鵝帶來了較大的環(huán)境壓力。伴隨冰期和氣候波動等環(huán)境事件，進一步推動了企鵝的遷徙、演化與分化，在一定程度上也促進了高緯度物種對極端環(huán)境的適應(yīng)。
此外，研究團隊還找到一系列與體溫調(diào)節(jié)、味覺偏好、肢體發(fā)育、骨骼生長和免疫系統(tǒng)等多重相關(guān)的、受到選擇的基因，從而揭示了企鵝對寒冷環(huán)境適應(yīng)以及水下生活的潛在分子機制。
（圖片來源：中科院昆明動物所）
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