華大最新研究重建企鵝基因。(華大供圖)

雖為鳥類，卻不會飛翔;雖然是著名的南極“特產(chǎn)”，但是在非洲、南美、澳大利亞甚至赤道附近，都有它們的身影。企鵝到底是如何從天空飛向海洋，在寒冷和高溫地區(qū)都能生存的?

近日，深圳華大生命科學(xué)研究院領(lǐng)銜的一項研究，通過多學(xué)科聯(lián)合的方式，重建了企鵝的起源與演化過程，并以此為案例揭示了環(huán)境變化、氣候及地質(zhì)事件對生物演化的作用，還解釋了企鵝如何二次適應(yīng)海洋生態(tài)環(huán)境。研究成果于7月19日發(fā)表于《自然·通訊》。

此次研究中，團隊收集了幾乎全部已知的74種企鵝的形態(tài)及地理數(shù)據(jù)(含化石物種)，并構(gòu)建了所有24種現(xiàn)存企鵝和3種近代滅絕企鵝的高質(zhì)量基因組數(shù)據(jù)集，在融合了系統(tǒng)基因組學(xué)、古生物學(xué)、形態(tài)學(xué)等方法后，終于重建了企鵝的演化史。

約6500萬年前，在恐龍大滅絕后不久，企鵝的祖先在古西蘭地區(qū)(今新西蘭大陸)出現(xiàn)了。約3400萬年前，南極冰蓋形成，這個時期也出現(xiàn)了不少巨型企鵝物種。約1400萬年前，現(xiàn)代企鵝的共同祖先出現(xiàn)在了古南美洲。約260萬年前，第四紀(jì)冰期到來，地球氣候發(fā)生了劇烈的變化。企鵝在這個時期發(fā)生了快速演化事件，并在較短時間內(nèi)分化出了大部分的現(xiàn)生物種。

“傳統(tǒng)上認(rèn)為熱帶或溫帶生物相對極地生物會有更快的演化速率。”論文共同第一作者、華大研究院周程冉博士表示，“但我們發(fā)現(xiàn)帝企鵝等高緯度企鵝，具有比低緯度企鵝顯著更快的演化速率，這表明南極極端環(huán)境給高緯度企鵝帶來了較大的壓力，而氣候波動等環(huán)境事件則進(jìn)一步推動了企鵝的遷徙、演化與分化，在一定程度上也促進(jìn)了高緯度物種對極端環(huán)境的適應(yīng)。”

據(jù)悉，本次研究找到了企鵝適應(yīng)環(huán)境的“基因秘訣”，揭示了企鵝適應(yīng)寒冷環(huán)境和在水下生活的潛在機制。

由于海水的吸收作用，光被迅速削弱，僅有少量短波長光能到達(dá)水下約200米的深度。所以相比空氣，海水的透光性要差得多。因此水下視力一直是潛鳥面臨的大問題。而在企鵝中，一些光敏感相關(guān)的基因生了突變，影響了光傳導(dǎo)通路，促進(jìn)了其對藍(lán)光、紫外光的識別，讓企鵝具備了暗光環(huán)境下敏銳的視覺。因此憑借多視覺基因改變的方式，企鵝獲得了更好的水下視力。

作為世界上潛游能力最強的鳥類，企鵝素有“海洋之舟”的美稱。其血紅蛋白和肌紅蛋白具有顯著區(qū)別于其它鳥類的保守位點，而這些特征能讓企鵝更高效地利用血液中的氧氣，使其自身成為“高效富氧艙”，延長了潛水時間。(首席記者 袁斯茹)