南极洲周围的南大洋降温,大约在3500万年前开始并产生了目前的冰冷状态,几十年来一直被认为是气候变化引发快速适应的典型例子。

一组研究人员正在使用称为notothenioids的一组南极鱼的基因组中映射的数万个基因,现在正在挑战这一范例,揭示南极生命所需的大量遗传变化早在南极冷却之前发生。 。

这些遗传变化不仅对理解南极洲不寻常动物的进化具有重要意义,而且还突出了鱼类使用的一些关键适应性反映了人类骨骼疾病(如骨质疏松症)的遗传学。

“许多物种的进化特性在其环境中具有适应性,但与人类的疾病状态相似,”该研究(东北大学)的第一作者杰克达恩说。“我们利用这种自然变异来更好地了解疾病的遗传机制。”

研究小组发现,在南大洋冰冷水域发生之前,南极鱼类在进化过程中突变率增加,这与骨矿物质密度严重下降相对应。

“南极虎ot鱼没有游泳水囊来调节它们在水柱中的浮力。相反,它们使用骨密度的降低来帮助它们以低能量成本漂浮在水柱中,”共同作者Bill Detrich(共同作者)说。 ,东北大学)。“我们身上的遗传病状态是这些鱼类的生存手段。”

Alex Dornburg(北卡罗来纳自然科学博物馆的合着者)补充说:“我们发现的遗传变化在人类中具有严重的病理性,包括一些被认为与生命不相容的遗传变异。” “发现notothenioids使用相同的遗传途径来实现水中的浮力,这为人类健康研究提供了巨大的机会。”

为了测试所鉴定的遗传变化的功能,该团队进一步利用基因编辑方面的进展来设计具有与南极大ot的相同突变的转基因斑马鱼胚胎。随着这些斑马鱼的生长,它们表现出与南极物种中观察到的相同的骨质流失。

“我们的研究表明,南极类大脑是人类疾病的重要模型。除了骨密度低外,南极鱼类还会进化出其他明显的病理状态,包括肾小球和红细胞的丢失,”Matthew Harris说(合着者,波士顿儿童医院和哈佛医学院)。

哈里斯补充说:“这些生物医学相关的过程可以被研究,以揭示这些'疾病'状态背后的遗传机制及其在这些鱼类中的适应。结果应该导致我们更深入地了解我们如何治疗人类可比的疾病。”

该团队没有在面临重大环境动荡的情况下进行这些不寻常的调整,而是发现大部分遗传变异已经在南极降温之前就已经存在。这一发现挑战了我们如何考虑适应与常规遗传多样性来预测现代人群对当代气候变化的反应。

几百万年前,南极的小天王星在正确的时间出现在正确的地方,以利用过渡到冰冷的南极洲。然而,他们的未来是不确定的。

“Notothenioids具有很高的生态,经济和医学重要性,然而,许多物种不能忍受超过几度的变暖,”Thomas Near(耶鲁大学合着者)说。“在命运的讽刺中,对气候变化的预测现在警告说,这种独特的鱼类辐射可能在下个世纪被毁灭。我们有责任防止这种悲剧性的损失。”