"百毒不侵”的突变鱼 | Science 论文推荐

对美国东海岸数百条鳉鱼的测序结果显示，几十处演化中的改变使得它们能够在这类鱼原本无法生存的极度污染的水体中繁衍生息。行进中的演化史无前例地现出了详貌。

编译 韩宇

审校 陈月欣

水污染导致了鳉鱼的快速适应。

图片来源：Joel Sartore, National Geographic PhotoArk/Getty

快速适应

生活在美国东海岸的大西洋鳉鱼（Fundulus heteroclitus）演化出了对有毒废料极强的耐受性，是普通鱼类的数千倍。在它们栖息的重度污染的河口地区，二恶英、多氯联苯（PCB）和重金属含量是其他水域的近8000倍，足以让绝大多数鱼类殒命。

就像《辛普森一家人》中的三眼鱼布林克（Blinky the three-eyed fish）一样，鳉鱼也在这锅毒汤中繁衍生息，生机勃勃。但和可怜的布林克命运不同，鳉鱼的身体并没有发生奇怪的变化。不过，它们的基因却讲述了一个别样的故事。

三眼鱼布林克是一条三只眼睛的橙色鱼，经常出没在核电站外的池塘和湖泊中。突变是春田核电站引起的。

图片来源：WIKI Simpsons

Whitehead 及其团队从美国东海岸采集了近400份大西洋鳉鱼样本，对它们的基因组进行测序，并对来自严重污染区和非污染区的鳉鱼基因组进行比较。他们发现，一种极端突变使它们能够忍受毒性废料而生存下来。

此外，令人吃惊的是，自它们生活的河口地区受到污染，鳉鱼这种超凡适应力的演化仅仅用了大约半个世纪。

尽管很多人认为演化是一个缓慢的过程，但事实上它可能会发生得非常快。这样的例子不胜枚举，像桦尺蠖黑蛾的数量在工业化早期得到了爆发式的增长，亦或是目前日益增长的数目繁多的抗生素抗性细菌。

黑蛾更适应工业化早期造成的煤烟环境，因此数量剧增。在污染治理后，数量又急剧下降。

图片来源于网络

但现今大多数演化过程中的遗传变异没有得到很好的解释，而大西洋鳉鱼对重度污染的耐受现象为科学家提高了良好的研究契机。

遗传多样性

研究团队发现数十处在演化中帮助鳉鱼适应污染环境的变异。Whitehead说：“我们有一整套适应性遗传类型的图谱。”

大多数变异发生在与信号通路相关的基因中。这种信号通路在正常鳉鱼体内具有多种作用，比如参与免疫系统或应答雌激素信号。

这种芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor，AHR）通路同样参与处理自然毒素的过程。但如果该通路在发育早期阶段就被污染物激活，则会对生物体造成严重损害。“发育过程会被搞得乱七八糟。”Whitehead 补充道。

所有耐污染鱼的 AHR 相关基因都发生了多处突变以防止该通路在错误的时间启动。然而，由于来自不同水域的耐污染鱼在这些基因上发生的突变不同，导致各种群走上了不同的演化之路。

此外，其他基因发生的多处变异在 AHR 通路中也起到了补偿效应。由于该通路的多重作用，导致其失活的相关基因突变引发了一连串的连锁效应。

鳉鱼生存的环境在20世纪50年代受到污染，因此，所有这些演化的发生仅仅历经了几十个世代。Whitehead 认为，鳉鱼之所以演化得如此迅速，归功于物种内高度的基因多样性。这种多样性允许它们在突变的随机洗牌中能够存活足够长的时间，直到胜利组合的出现。

纽约大学医学院的 Wirgin 认为鳉鱼的领地性也有助它们快速演化，因为污染水域中的种群不大可能与干净地区的种群产生交配行为，所以它们的突变基因不会被稀释。这些因素都保证了鳉鱼在面对环境剧变时可以拿出一张王牌以渡过难关。

机遇or挑战

鳉鱼已经演化到能在污染水域茁壮成长，但并非所有动物都有如此的适应性。特别是体型较大而种群较小的物种多样性更低，这意味着它们可能无法快速演化以应付人类活动所导致的环境突变。

不过，获得如此多的变异是要付出代价的。为了适应它们有毒的家园，鳉鱼种群的多样性可能会降低且更加特化。这种恶劣环境未来所发生的变化可能会给这些小鱼带来灭顶之灾。

就目前状况而言，鳉鱼已经取得了阶段性的胜利，但对于捕食者来讲却未必如此。这种小鱼是大鱼和鸟类的食物，重金属和PCB的富集对食物网其他环节和作为顶级捕食者的人类会有怎样的影响还不得而知。

但无论结果如何，鳉鱼快速演化的历程再一次提醒着我们，保护环境和物种多样性至关重要。

【文章来源】

http://www.sciencealert.com/scientists-discover-mutated-fish-that-have-become-8-000-times-more-resistant-to-toxic-waste                                                                     

https://www.newscientist.com

可进入http://keyanquan.net/thesis/detail/500

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