The Innovation | 东亚特有鲤科鱼类与长江水系的共演化历史

导 读

长江是亚洲最长的河流，但人们对其现代地质和生态系统的形成历史仍知之甚少。长江水系变迁推动了鱼类的扩散与分化，鱼类的系统地理动态亦为揭示其河流时空演变规律提供了高分辨率的生物学证据。

图1 鲤科系统发育关系和东亚特有鲤科鱼类多样化历史。（A）基于贝叶斯分析的118种鲤科鱼类和3种鳅科鱼类线粒体基因组的系统发育关系；（B）在青藏高原隆升和长江水系发育下东亚特有鲤科鱼类卵型演化和历史分布扩散示意图；（C）东亚特有鲤科鱼类多样化动态和宏观演化模式。

现代长江的起源及南亚和东亚水系的演变与新近纪青藏高原隆升和现代亚洲季风系统建立息息相关。然而，准确刻画长江水系的时空演变规律长期以来面临挑战。过往的地质学研究基于不同的采样地点、测年方法和替代指标等对长江起源进行估算，认为古长江（古金沙江）在“第一湾”开始改道东流和贯穿三峡的时间可能处于始新世（4500至4000万年前）到更新世（几十万年前）之间。

河流的地貌演变过程在很大程度上促进了淡水鱼类的多样性演化；反过来，重建淡水鱼类的系统地理动态亦可对河流系统的时空演变进行重演，而这正日益成为一个科学共识。东亚特有鲤科鱼类是在青藏高原隆升期间的强烈东亚季风气候影响下演化而来，并适应了此独特的气候和水文条件。在这一特有类群中，一些底栖产卵鱼类产粘性卵或沉性卵，而另一些河流产卵鱼类则产漂流性卵。其中，漂流性卵被认为是东亚特有鲤科鱼类在季风气候及大河环境中生存的关键特征。

中科院水生所谢平研究员团队联合国内外学者基于化石标定的鲤科鱼类线粒体系统基因组学分析（图1A），研究了东亚特有鲤科鱼类的多样化动态、祖先分布与祖先卵型信息（图1Ba），并推断了古长江（古金沙江）流经“第一湾”与中游连通形成长江生态系统（包括中下游江湖复合生态系统）的时间。研究结果表明，2300万年前，东亚特有鲤科鱼类的祖先分布在东亚南部的古红河到古珠江水系（图1Bb）；此时，长江水系还未形成，而古金沙江大致沿现代红河的河道向南流入南海。大约1800万年前，东亚特有鲤科鱼类开始扩散到长江流域并演化出产漂流性卵鱼类，表明此时在区域地表隆起和大型走滑构造作用及气候变化的共同影响下，现代长江水系已然形成（图1Bc）。因此，推断长江河流生态系统的形成时间大约距今1800至2300万年。而在大约1500万年前，东亚特有鲤科鱼类再次演化出了产粘性卵鱼类（图1Bd），正好与这一类群的净分化速率峰值和东亚夏季风气候增强时期相耦合（图1C），表明长江水系很可能在当时已经发育形成了高生产力的江湖复合生态系统。

总结与展望

本研究基于化石标定的鲤科鱼类线粒体系统基因组学分析，通过重建东亚特有鲤科鱼类的地理和生态历史，准确地刻画了长江水系的时空演变规律。古长江（古金沙江）在2300万年之前是向南流的；在青藏高原隆升和季风气候增强的影响下，于1800万年之前形成了向东奔流的长江河流生态系统；纵横交错的中下游江湖复合生态系统出现于1500万年之前。本研究估算了长江水系地质和生态演化重大事件的发生年代，为重建长江水系的地质与生命演变历史提供了新范式。

责任编辑

屈   哲    中国海洋大学

周东方    南方医科大学

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(23)00045-0

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第四卷第三期以Perspective发表的“Evolution of the Yangtze River and its biodiversity” (投稿: 2022-12-14；接收: 2023-03-19；在线刊出: 2023-03-21)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2023.100417

引用格式：Chen F., Xue G., Wang Y., et al. (2023). Evolution of the Yangtze River and its biodiversity. The Innovation. 4(3),100417.

作者简介

谢 平，中国科学院水生生物研究所/云南大学研究员，国家杰出青年基金获得者，获著名国际奖—生态学琵琶湖奖（第九届），目前主持中国科学院B类战略性先导科技专项“大尺度区域生物多样性格局与生命策略”项目四“长江水系生物多样性丧失与生态修复策略”。以第一或通讯作者在Science、PNAS、National Science Review、Ecology等国际期刊发表论文200余篇，2014年以来连续入选Elsevier Scopus生态环境/生物学领域中国高被引学者榜单。

Web: www.researchgate.net/profile/Ping-Xie-10/research 

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