肉眼可见的进化——小龙虾,基因重复让其快速适应寒带水域

知物猫子 2023-08-04 06:11:57

绝大部分饭馆卖的小龙虾,学名是克氏原螯虾(Procambarusclarkii)。它们原产于墨西哥北部、美国南部的淡水流域,作为商业物种被引入亚洲、非洲、欧洲的许多国家。

进击的小龙虾

克氏原螯虾是十足目中最具生态可塑性的物种,原生地以外分布最广泛的无脊椎动物物种之一,也可以说是现今地球上最成功的物种之一。

通常,只要有温暖、缓慢的水流,比如沼泽、水库、灌溉稻田它就能扎根;即使仅在季节性存在的水中也能快速生长;能忍受长达四个月的干旱不会死亡;甚至,还能够耐受微咸水,这对于淡水小龙虾来说是极为不寻常的。

此外,除了常规的有性繁殖,充分的研究表明克氏小龙虾也可通过单性生殖进行繁殖。

这一切,造就了它们的蓬勃发展,除了澳洲和南极,哪都有克氏小龙虾。人们对其功过评价不一。

在我国,小龙虾基本以正面形象出现。我国大多采用了克氏小龙虾与水稻结合混养的技术,收获极为丰富,满足餐桌之外,也用它们作为家禽、鱼类、牛蛙养殖的饲料,或添加到有机肥料中。

在非洲,除了填饱人畜的肚子,小龙虾还成为了“小卫士”——生物防治有机体,负责除掉参与血吸虫病生命周期的中间宿主——蜗牛。

但这份繁殖力和适应力,挤兑了相同生态位的本土小龙虾物种。

向北冲

正因如此,在欧洲,克氏小龙虾自26年起被列入外来入侵物种名单——整个欧盟国家都禁止进口、繁殖、运输、商业化。

最早提出小龙虾入侵性的是南欧国家。

其高扩散能力、杂食性、长寿命、攻击性行为、广泛的环境耐受性和生态系统工程活动(挖洞穴居)之外,真正被盯上的理由也许是因为:那里小龙虾过于招摇。

当种群密度过大,小龙虾们会一起浩浩荡荡穿越几公里相对干燥的地面,搬家去“霍霍”新水域,这种行为太扎眼,媒体再一炒,不被列为入侵物种才怪。

在北欧,其种群通常自我维持,不会扩张,因为冷——限制克氏小龙虾生存范围的一个关键环境因素是温度,亚热带气候下,温度范围为22°C–30°C。

然而,这一切正在人们眼皮底下慢慢发生改变。

北欧河流、日本北海道等冬季水温极低的地方,近年也有越来越多的小龙虾安家。它们是如何获得耐受寒冷温度能力的?

基因重复

只有能快速适应新环境,才有机会成为入侵物种。

其中,入侵物种的一个典型遗传特征是,其遗传多样性水平高;另一个基因组特征是——高度「基因重复geneduplication」,这在所有具有广泛栖息地的物种中都是一样的。

关于基因重复,猫子多说几句。

基因重复(或叫染色体复制/基因扩增)是分子进化过程中产生新遗传物质的主要机制,说白了就是产生进化上的创新。

比如,一个基因“文件”,拷贝了俩份。第二个拷贝通常不受选择压力——也就是说,它不管怎么突变,都对生物体没有有害影响;并且,如果第一个拷贝的原始功能突变“坏”了,则第二个拷贝可以作为“备件”并继续正常发挥作用。

总之,在生物体的世代中,重复基因比功能性单拷贝基因积累突变的速度更快,并且两个拷贝之一有可能发展出新的不同功能。

言归正传。

最近,一项研究调查了本应活在温带的克氏小龙虾背后详细的遗传机制——揭示了其耐寒性进化的基因变化。

比如,适应寒冷的北海道种群,其角质层——保护性外壳发育的基因产生了调节变化;其次,在保护蛋白质免受冷损伤方面发挥着作用的肽酶抑制剂基因也和温带“老乡”(江苏省洪泽湖的样本)有着明显差异。

研究发现,这些相关基因经历了高水平的复制——相同基因的大量拷贝。

写在最后

进化虽然是一个漫长的过程,但改变就发生在我们眼皮底下。重复基因、拼命生、不断迭代、适应新压力,进化嗖嗖快。

最后,猫子把这篇稍微有些拗口的研究总结成一句白话,适应寒带水域的小龙虾它们呀——壳更厚、肉更韧。

作者感谢你的关注(-_-)

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