生物學(xué)家記錄了瀕危鳥類基因組水平的氣候適應(yīng) _生物

Empidonax traillii extimus （西南柳樹鹟）FWS 。來源：維基共享， CC BY 2.0
據(jù)科羅拉多州立大學(xué)：隨著氣候變化，生物必須以兩種方式之一適應(yīng)新的環(huán)境條件——要么是地理上的，要么是基因上的。雖然科學(xué)家跟蹤和記錄一個物種的地理運動相對簡單，但證明它們隨著時間的推移而進行的基因適應(yīng)可能要困難得多。
由科羅拉多州立大學(xué)研究人員在《自然氣候變化》上領(lǐng)導(dǎo)的一項新研究是首次在基因組水平上記錄野生種群氣候適應(yīng)的研究之一。具體來說，西南柳樹鹟——一種瀕臨滅絕的候鳥——已經(jīng)顯示出與對越來越潮濕的環(huán)境條件的耐受性相關(guān)的遺傳變異增加。
大春子·圖爾貝克是加州大學(xué)生物系的博士后研究員，他領(lǐng)導(dǎo)了這項研究，這項研究在100多年的時間里對柳樹鹟的基因組進行了測序，將19世紀(jì)晚期博物館標(biāo)本的DNA與今天采集的現(xiàn)代樣本進行了比較。
研究結(jié)果表明，加州圣地亞哥柳樹鹟種群中基因變異的增加使它們能夠更好地適應(yīng)變化的氣候，這些基因變化早在19世紀(jì)晚期就開始了。
基因水平上的氣候適應(yīng)
Turbek假設(shè) ，隨著時間的推移，加州圣地亞哥的氣候變得越來越潮濕，這將導(dǎo)致野生種群的基因轉(zhuǎn)移。
“我們使用了來自柳樹鹟的200多個當(dāng)代樣本來掃描與重要環(huán)境變量相關(guān)的基因組特定區(qū)域的遺傳物質(zhì) ， ”Turbek說。
“這包括月降水量和月最高氣溫等數(shù)據(jù) 。一旦我們確定了我們認(rèn)為與氣候適應(yīng)有關(guān)的DNA區(qū)域，我們就從我們的歷史和現(xiàn)代圣地亞哥樣本中提取了這些區(qū)域的遺傳信息。”
她的工作揭示，從過去到現(xiàn)在，柳樹鹟的遺傳變異有所增加，柳樹鹟中與濕度和降水相關(guān)的遺傳區(qū)域都朝著與氣候適應(yīng)一致的方向轉(zhuǎn)移。
隨著時間的推移證明遺傳適應(yīng)性
Turbek是CSU Kristen Ruegg實驗室的一員，在rue gg和他的合作者在一個類似的項目上工作了大約10年之后，他開始了這項研究。整個基因組測序所需的技術(shù)在2010年代取得了顯著進步，使得這項工作在今天成為可能。
Turbek把重點放在了西南柳樹鹟上，因為它處于瀕危狀態(tài) 。魯格的初步研究基金會表明，這些鳥已經(jīng)適應(yīng)了不同空間的不同氣候條件。
“柳樹鹟由四個不同的亞種組成，西南部的亞種面臨著真正急劇的種群下降，并于1995年被列為聯(lián)邦瀕危物種，”Turbek說。“因此，政府機構(gòu)對有效管理這一亞種并將其從氣候?qū)е碌臏缃^中拯救出來很感興趣，這是克里斯汀已經(jīng)證明它在未來可能遭受的事情。”
證明基因適應(yīng)隨著時間的推移要復(fù)雜得多。
幾十年前的樣本通常含有退化的、被污染的或低產(chǎn)的DNA，這就是為什么到目前為止，很難在一定程度上證明遺傳適應(yīng)性。
“博物館會給我們送來一點腳趾墊的剪報，這些腳趾墊的DNA濃度通常很低，所以很難獲得足夠的DNA讀數(shù)來清楚地了解遺傳密碼是什么樣子的，”Turbek說。
經(jīng)過多年的努力，對歷史基因組進行測序，并將歷史結(jié)果與現(xiàn)代樣本進行比較，研究人員確定，隨著時間的推移，柳樹鹟的遺傳變異有所增加。
“我們認(rèn)為，實際上是鄰近種群的混合或基因流入種群，幫助恢復(fù)了圣地亞哥地區(qū)柳樹鹟的基因庫， ”魯格說。
驗證氣候變化影響的預(yù)測
Turbek和Ruegg很高興能夠驗證科學(xué)家關(guān)于一些物種將如何適應(yīng)氣候變化的預(yù)測。
“人類引起的氣候變化確實對許多物種的繁殖活動產(chǎn)生了巨大影響，它將把許多生物推向滅絕的邊緣，”Turbek說。
“因此，我們能夠在長達一個世紀(jì)的時間范圍內(nèi)記錄這種適應(yīng)程度的事實多少令人鼓舞，因為這些鳥類似乎正在對已經(jīng)發(fā)生的氣候變化做出反應(yīng) 。它可以幫助我們更好地預(yù)測未來會發(fā)生什么，以及物種可能會如何應(yīng)對。”