从天空飞向海洋：科学家揭示企鹅的演化历程 - 海洋鸟类研究论文

新民晚报讯（记者 姜燕）近日，我国科学家领衔的中外联合团队通过多学科联合的方式重建了企鹅的起源与演化过程，并以此为案例揭示了环境变化、气候及地质事件对物种形成的影响，找到了一系列关键性状的分子基础解释了企鹅如何二次适应海洋生态环境。该研究于已在权威学术期刊《自然·通讯》上发表。

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图1：近代企鹅（特蕾莎·科尔 绘）

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“企鹅拥有高度适应海洋环境及南极等极端环境的特征。”论文共同第一作者深圳华大生命科学研究院的周程冉博士介绍道。“大约在六千万年前失去了飞行能力，转而具备了鸟类中最强的潜泳能力。观察企鹅的演化历程，研究企鹅重返海洋的机制，探索环境变化的影响，让我们有机会去了解生物适应水生环境及极端环境的机制，也让我们能更好地认识和保护它们。”

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图2：生活在五百万年前的秘鲁巨喙环企鹅（Spheniscus megaramphus）模型（Daniel Ksepka拍摄，有修改）

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据介绍，科学家们收集并构建包括已灭绝物种在内的几乎所有已知的74种企鹅的数据。论文第一作者和共同通讯作者丹麦生物多样性基因组研究中心的博士后特蕾莎·科尔（Theresa L. Cole）对课题介绍道：“这是首次在全球范围内公开所有近代企鹅物种的高质量基因组，包括亚种、地方支系以及近期灭绝的企鹅物种。研究融合了基因组学和古生物学等手段，综合了灭绝物种和现生类群进行比较分析，使我们更好地观察企鹅的演化历程，也为演化基因组研究提供了许多新方法。”

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图3：重建的企鹅演化关系（特蕾莎·科尔和周程冉绘）

论文通讯作者浙江大学生命演化研究中心的张国捷教授说：“通过这些数据，我们有机会全面地揭示企鹅这一大类群的物种形成和灭绝过程。现生企鹅的共同祖先出现在大约1400万年前，之后气候环境的变化推动了企鹅物种的快速分化，在分化过程中还伴随着复杂的基因流动，这些对现生企鹅的形态多样性的塑造造成了巨大的影响。”

“传统上认为热带或温带生物相对极地生物会有更快的演化速率。”周程冉补充道，“但我们发现帝企鹅等高纬度企鹅具有比低纬度企鹅更快的演化速率。说明南极环境引起的压力与历史气候波动等因素一同推动了企鹅的扩散与分化，也在一定程度上促进了高纬度物种对极地环境的适应。”

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图4：生活在南极大陆的帝企鹅（深圳华大生命科学研究院供图）

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“我们找到了如体温调节、视觉改变、氧结合等企鹅适应特殊环境的相关重要基因。”论文共同一作深圳华大生命科学研究院的生物信息分析师方妙全向记者表示，“比如我们发现了企鹅血红蛋白和肌红蛋白的突变位点，使其能更好地利用血液中的氧，延长了潜水时间。”来自同一单位的作者潘海林博士进一步补充：“我们发现光敏感基因改变使企鹅可以看见紫外光等短波长光，具有敏锐的水下视觉。”

“随着大陆的板块运动和大气二氧化碳浓度变化，”论文作者中国科学院动物研究所的张德兴研究员进一步表示，“在过去六千多万年的漫长时间里，企鹅经历了巨大的环境变化，尤其是从温暖亚热带到‘寒冰地狱’的变迁，但是每次环境剧变后都有企鹅支系能脱颖而出、繁荣兴盛。这提示企鹅有极强的演化适应能力，让我们对于这些神奇动物的未来感到乐观。”

“此研究是科技部国家重点研发计划‘海洋环境安全保障’专项的重要组成部分。”张国捷教授总结说，“这也是我们发起和主导的万种鸟类基因组国际项目的成果之一，本项工作综合了古生物，基因组，古环境气候等信息，完整的刻画了一大类群物种的宏观演化过程，阐述了推动这一过程的内在遗传和外在环境因素的影响，将为更多研究提供参考。这是探索生命演化和环境适应迈出的重要的一步，也是新的开始。”

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