千万IP创科普 科技人才话强国丨从南极磷虾下手探究海洋生物怎么习惯极点环境

南极磷虾，这个细小却极为重要的生物，是南极洲生态体系中的“支柱”物种。虽然它们的身体通明，身段娇小（体长数厘米，体重仅1~2克），但却是鲸鱼、海豹、企鹅等南极动物的首要食物来历。

南极磷虾是地球上生物量最大的动物，它们的全体规划达到了惊人的3亿到5亿吨。如此巨大的数量使得南极磷虾成为南极生态体系中至关重要的物质和养分运送者，连接着不同养分级的生物链。

因为南极磷虾的重要性，科学家们便将其作为研讨目标，期望经过解析南极磷虾的基因组来揭开其生命奥妙。来自我国水产科学研讨院黄海水产研讨所和青岛华大基因研讨院等单位的科研人员开端了迎难攻坚。他们使用新一代测序技能对南极磷虾打开了高深度的基因组测序、拼装和剖析，成功构建了南极磷虾基因组参阅序列，破译了其基因组图谱。

基因组图谱显现，南极磷虾的基因组巨细为48Gb，是人类基因组（约3Gb）的16倍，比现在已知的超大基因组——非洲肺鱼和澳大利亚肺鱼的基因组还要大20%到30%。此外，南极磷虾基因组中高达92.45%的序列都是重复的，这也是其基因组如此巨大的首要原因。南极磷虾基因组具有如此高的重复性，是因为其基因组阅历了两次爆发式扩张。但是，这些扩张背面的原因仍是一个谜。

南极磷虾不只在基因组结构上令人惊叹，它们的生计才能相同令人称奇。这种生物不只能习惯南极恶劣的极昼极夜环境，还具有极强的抗饿才能。那么，南极磷虾是怎么习惯这种极点环境的呢？为了回答这个问题，研讨人员按照已有的基因图谱，对南极磷虾打开深入研讨。

他们发现，南极磷虾具有“别出心裁”的昼夜节律体系。经过对其基因组进行全面扫描，他们发现了625个与节律相关的基因，结构的部分基因在夏日和冬天表现出不同的表达水平，反响出了它们长达半年的昼夜节律，也标明它们现已进化出一种由昼夜节律体系控制的身体习惯和行为形式，协助它们在极点环境下生计。

此外，南极磷虾还能够接连不断地蜕皮，这一特色与其习惯南极极点环境的才能密切相关。研讨人员在南极磷虾基因组中发现了25个明显扩张的基因宗族，结构有12个与蜕壳或能量代谢相关。这些基因在冬、夏两季的表达水平存在明显差异，标明南极磷虾的蜕壳和能量代谢基因在遗传结构上有先天优势，为其习惯南大洋不稳定的食物供给等极地环境奠定了遗传根底。

南极磷虾的散布规划极为广泛，简直覆盖了整个南大洋。针对近年来关于南极磷虾地舆集体同质性之争，研讨团队还在南大洋的四个南极磷虾生物量较高的区域采集了75个样本，进行了集体遗传学研讨。成果显现，虽然南极磷虾散布在不同区域，但其遗传序列并无明显差异，意味着这些集体之间并没有实质性的分解。但是，因为不同地舆区域环境差异所带来的自然选择压力，南极磷虾在微观上表现出一些集体结构的差异。

除了这些特性，南极磷虾的数量还遭到气候变化的影响。研讨人员发现，从大约一千万年前开端，在更新世期间，因为冰期和间冰期的剧烈气候动摇，南极磷虾的种群数量急剧削减；而在大约十万年前，跟着晚更新世期间较冷气候导致的海冰栖息地扩张，南极磷虾的种群规划呈现了反弹。但是，虽然基因组数据和前史气候变化在大标准上相符，科学家们依然难以预测当时快速的气候变化对南极磷虾的详细影响。

总的来说，这项作业不只成功破译了南极磷虾的基因组序列，还深入剖析了其成长、繁衍、能量代谢及极点环境习惯等重要性状的分子机制。这些发现为进一步解析海洋生物怎么习惯极点环境及其集体演化供给了新的理论参阅，一起也为南极磷虾渔业资源的办理供给了科学依据。这一研讨成果关于培养我国南极磷虾资源开发使用的战略工业，以及深度参加极地渔业世界管理具有重要意义。

文：四川大学博士牛明泽

审稿：祝叶华，清华大学环境工程博士