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(xué)科的聯(lián)合，科學(xué)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(biāo)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(xué)研究課題組負(fù)責(zé)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(xué)研究院合作，以企鵝為研究對象，融合了系統(tǒng)基因組學(xué)、古生物學(xué)、生物地理學(xué)、形態(tài)學(xué)、功能與行為學(xué)等學(xué)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(xué)、古生物學(xué)、形態(tài)學(xué)與行為學(xué)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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