千万IP创科普科技人才话强国丨从南极磷虾入手探索海洋生物怎么样适应极端环境_科技百科

千万IP创科普科技人才话强国丨从南极磷虾入手探索海洋生物怎么样适应极端环境

时间：2024-09-11 10:24来源：www.guaizhui.com作者：未知点击：

导读：

南极磷虾，这个微小却极为要紧的生物，是南极洲生态系统中的“支柱”物种。尽管它们的身体透明，身材娇小（体长数厘米，体重仅1~2克），但却是鲸鱼、海豹、企鹅等南极动物的主要食物来源。

南极磷虾是地球上生物量最大的动物，它们的整体规模达到了惊人的3亿到5亿吨。这样庞大的数目使得南极磷虾成为南极生态系统中至关要紧的物质和营养输送者，连接着不同营养级的生物链。

因为南极磷虾的重要程度，科学家们便将它作为研究对象，期望通过分析南极磷虾的基因组来揭开其生命奥秘。来自中国水产科学研究院黄海水产研究所和青岛华大基因研究院等单位的科研职员开始了迎难攻坚。他们借助新一代测序技术对南极磷虾拓展了高深度的基因组测序、组装和剖析，成功构建了南极磷虾基因组参考序列，破译了其基因组图谱。

基因组图谱显示，南极磷虾的基因组大小为48Gb，是人类基因组（约3Gb）的16倍，比现在已知的超大基因组——非洲肺鱼和澳大利亚肺鱼的基因组还要大20%到30%。除此之外，南极磷虾基因组中高达92.45%的序列都是重复的，这也是其基因组这样庞大的重要原因。南极磷虾基因组具备这样高的重复性，是由于其基因组历程了两次爆发式扩张。然而，这类扩张背后是什么原因仍是一个谜。

南极磷虾不只在基因组结构上让人惊叹，它们的存活能力同样让人称奇。这种生物不只能适应南极恶劣的极昼极夜环境，还具备最强的抗饿能力。那样，南极磷虾是怎么样适应这种极端环境的呢？为知道答这个问题，研究职员根据已有些基因图谱，对南极磷虾展开深入研究。

他们发现，南极磷虾拥有“独树一帜”的昼夜节律系统。通过对其基因组进行全方位扫描，他们发现了625个与节律有关的基因，其中的部分基因在夏天和冬天表现出不一样的表达水平，反应出了它们长达半年的昼夜节律，也表明它们已经进化出一种由昼夜节律系统控制的身体适应和行为模式，帮助它们在极端环境下存活。

除此之外，南极磷虾还可以连续不断地蜕皮，这一特征与其适应南极极端环境的能力密切有关。研究职员在南极磷虾基因组中发现了25个显著扩张的基因家族，其中有12个与蜕壳或能量代谢有关。这类基因在冬、夏两季的表达水平存在显著差异，表明南极磷虾的蜕壳和能量代谢基因在遗传结构上有先天优势，为其适应南大洋不稳定的食物提供等极地环境奠定了遗传基础。

南极磷虾的分布范围极为广泛，几乎覆盖了整个南大洋。针对近年来关于南极磷虾地理群体同质性之争，研究团队还在南大洋的四个南极磷虾生物量较高的地区采集了75个样本，进行了群体遗传学研究。结果显示，尽管南极磷虾分布在不同地区，但其遗传序列并无显著差异，意味着这类群体之间并没实质性的分化。然而，因为不同地理地区环境差异所带来的自然选择重压，南极磷虾在微观上表现出一些群体结构的差异。

除去这类特质，南极磷虾的数目还遭到气候变化的影响。研究职员发现，从大约一千万年前开始，在更新世期间，因为冰期和间冰期的剧烈气候波动，南极磷虾的种群数目急剧降低；而在大约十万年前，伴随晚更新世期间较冷气候致使的海冰栖息地扩张，南极磷虾的种群规模出现了反弹。然而，尽管基因组数据和历史气候变化在大尺度上相符，科学家们仍然很难预测目前迅速的气候变化对南极磷虾的具体影响。

总的来讲，这项工作不只成功破译了南极磷虾的基因组序列，还深入剖析了其成长、繁殖、能量代谢及极端环境适应等重要程度状的分子机制。这类发现为进一步分析海洋生物怎么样适应极端环境及其群体演化提供了新的理论参考，同时也为南极磷虾渔业资源的管理提供了科学依据。这一研究成就对于培育国内南极磷虾资源开发借助的策略产业，与深度参与极地渔业国际治理具备要紧意义。

文：四川大学博士牛明泽

审稿：祝叶华，清华大学环境工程博士

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