科学家对鲟鱼进行基因测序,发现它们是地球上的“初代”脊椎动物

对西方魔幻故事感兴趣的朋友可能会了解,在西方的传说中有一种叫做“玛土撒拉”的人,即血族之人,它们活了两千年之久。在《圣经》中也有一位叫做玛土撒拉的人,据说他活了969岁。总之,玛土撒拉是西方文明中长寿的代表。

科学家对鲟鱼进行基因测序,发现它们是地球上的“初代”脊椎动物

鲟鱼有时也被人称为“淡水鱼中的玛土撒拉”,并不是因为它们能活得很久,而是从进化的角度来看,它们已经非常古老了,是名副其实的“活化石”。从化石的研究中可以了解到,鲟鱼的历史至少可以追溯到2.5亿年前,从那时候到现在,它们几乎没有进化过。

在最近发表于《自然生态与进化》(Nature Ecology and Evolution)杂志上的一项新研究中,来自维尔茨堡大学和莱布尼茨淡水生态和内陆渔业研究所(IGB)的科学家们已经成功地对鲟鱼的基因组进行了测序。他们能够证明,自恐龙全盛时期以来,鲟鱼的遗传物质的变化非常小。

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“鲟鱼基因组能帮助我们揭开脊椎动物祖先的一个重要谜团。”曼弗雷德·沙特尔教授( Professor Manfred Schartl)解释了科学家对这种鱼类感兴趣的原因。就进化史而言,鲟鱼是地球上最古老的物种之一。它们是今天的30000多种骨性鱼类的祖先,96%以上的现存鱼类物种都是它的后代,这几乎占了所有已知脊椎动物物种的一半。所以说鲟鱼是“初代”脊椎动物一点也不为过。

沙特尔教授和他的同事们能够证明,鲟鱼在大约3.45亿年前的上泥盆纪或石炭纪的某个时期分支到了自己的进化道路上。从那以后,它们的外表变化很小,这在它们的遗传物质DNA中表现得也很明显。

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为了证实这一点,遗传学家必须仔细观察由鲟鱼基因编码的蛋白质。事实上,他们的计算表明,这种所谓的蛋白质进化速度非常缓慢。雌性鲟鱼的蛋白质进化速度与腔棘鱼或鲨鱼相似,这两种鱼类在海洋中游荡了3亿多年,几乎没有变化。

序列分析结果表明,鲟鱼的基因组由120条染色体、47500个蛋白质编码基因和18亿对碱基组成。研究人员还显示,大约1.8亿年前,鲟鱼复制了它的基因组,留下了这个物种。基因组复制并不出人意料:“这种过程反复对脊椎动物基因组的进化产生重大影响,”曼弗雷德·沙特尔说。它们的祖先在进化史上已经经历了两次“全基因组复制”。有些物种经历了三四次这样的过程。

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鲟鱼的确切基因组状态在科学家中长期存在争议。虽然有人认为鲟鱼是多倍体的,这意味着基因组被多次复制,但也有人将鲟鱼解释为“功能性二倍体”,指的是一种先复制其基因组成为四倍体,然后随着进化再次降低基因含量的物种。尽管染色体仍然存在于两对染色体中,但它们各自分开了。

“我们已经发现鲟鱼还没有回到二倍体状态。相反,它保留了出人意料的高度结构和功能多倍体,”曼弗雷德·沙特尔说。这种保留可以归因于大部分鲟鱼的基因组的分子进化速度缓慢。

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基因测序是保护鲟鱼物种的重要基础。在未来,我们将能够通过基因分析来确定这些动物的性别,这将大大有助于繁殖。这将使我们能够控制繁殖和支持繁殖种群的管理。这是我们努力保护这些古老物种的一个里程碑。

鲟鱼的寿命很长,一般能活到40岁,但它们的繁殖时间很晚,一般不会在10岁之前,这使得它们相对于更容易灭绝。许多鲟鱼物种在成年后,会不断地从海洋迁移到淡水中产卵,而由这些卵所制成的产品正是我们所熟悉的鱼子酱。

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由于栖息地遭受破坏、河流污染、海洋污染和人们对鱼子酱的消费需要越来越高,大多数鲟鱼物种现在已经濒临灭绝。如若它们灭绝,保存了几亿年的活化石及它们顽强的基因组将不复存在。

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