新西兰研究生发现kōaro快速进化的秘密基因

奥塔哥大学(University of Otago)遗传学硕士毕业生Ashleigh Iwikau(Ngāti Tūwharetoa)在研究新西兰本土鱼类kōaro时,发现了一种能让其快速进化的“秘密”基因,相关研究因结果出人意料而被《国家地理》(National Geographic)报道。

Iwikau最初从惠灵顿来到但尼丁读医科,后来转读遗传学专业。“我发现自己真正感兴趣的是物种的进化,以及它们是如何从过去演变到现在的,”她说。攻读硕士期间,她加入了动物学教授Jon Waters的“kōaro快速进化”课题组。

会爬墙的“白鲑”

kōaro是新西兰五种galaxiid鱼类之一,其幼鱼即人们熟知的whitebait(小鱼干/银鱼)。“它们是没有鳞片的小鱼,有点像滑溜溜的管子,我觉得它们挺可爱的,”Iwikau说。

这种鱼的卵在河口孵化后,幼鱼随水流冲到海里,再作为whitebait洄游到河流,成年后生活在淡水中。“我研究的这种鱼特别擅长攀爬,”Iwikau说,“它们的前鳍非常有力,能爬上垂直的表面,因此能深入内陆,进入其他鱼类到不了的湖泊。”

但如果它们跑得太深入内陆,或者因地形变化、人为筑坝而形成新的湖泊,就无法再回到海里完成洄游周期。不过kōaro自有办法——它们能直接从洄游型转变为独立的淡水定居型。

“备用基因”是关键

“我们早就知道它们会这样转变,但我的研究是要搞清楚它们是怎么做到的,”Iwikau说。“人类上一次进化是什么时候?应该是很久以前了。但在一些被人工筑坝形成的湖泊里,galaxiid鱼类在过去40年里就完成了进化,我想弄清楚它们为什么变化得这么快。”

答案是存在一批“中奖个体”——天生具备应对各种环境变化能力的超级进化者。“有一整套与繁殖力和肌肉发育相关的基因,像一个模块一样集中在基因组的同一段区域,”Iwikau说。淡水型kōaro携带“淡水模块”,洄游型kōaro携带“洄游模块”。

Iwikau发现,部分kōaro同时携带两种模块。“我们在洄游型样本中发现,大约5%的kōaro是杂合子,也就是同时具备两个版本的基因,”她说。“也就是说,如果你是一条洄游鱼,却偷偷带着淡水型基因拷贝,一旦被困在淡水里,你就能存活下来并把基因传下去。这相当于写进它们基因组里的一份‘备用方案’。”

对本土物种保护的意义

Iwikau表示,继续这项研究有助于保护新西兰的taonga(珍宝)物种。“了解kōaro这类物种如何应对气候变化、农业和用水需求增加带来的环境变化非常重要。了解kōaro的基因健康状况,也有助于我们了解与它近缘、但濒危程度更高的其他galaxiid鱼类。”

研究过程并非只在湖泊和瀑布边进行,也少不了实验室里的“糊状物”和电脑分析。“我们捕到鱼后,剪一小片鱼鳍样本,再把鱼放回水里,”Iwikau说,“然后把组织样本消化成糊状,破开细胞让DNA释放出来,经过过滤和清洗提取DNA,放进仪器里读取成一长串数据文件——本身只是一堆没有意义的字母,需要通过程序进行比对分析。”

“由于基因组数据对本土物种而言是taonga,我们要与相关鱼群的kaitiaki(守护者)iwi(部落)团体充分沟通,确认他们是否同意数据公开。我用到的种群数据几乎都是公开数据,此外还有Genomics Aotearoa的受控数据库。”

完成硕士学业后,Iwikau目前一边在基因组实验室支持其他学生、一边担任助教,同时也在考虑是否继续攻读博士。“我真的很喜欢这个课题,还有很多做出来但没写进最终论文的内容,我想继续深入研究。”

她也很享受在但尼丁的生活。“但尼丁是座很棒的城市。在这里读本科让我有机会认识了我的导师,后面一切都顺理成章。我在这里也交到了很多喜欢户外活动的朋友,他们经常拉我去露营,我觉得这对我挺好的。”

回想起来,她小时候其实早有和鱼打交道的经历。“我11到16岁时曾在惠灵顿的Marine Education Centre做志愿者,所以说我其实也算‘有鱼类工作经验’,”她说,“事情的发展真的很奇妙。”