用泡过朗姆酒的鱼记录百年环境变迁

1907年10月，美国“信天翁号”从旧金山启程前往菲律宾。这艘61米长的船只由美国鱼类委员会运营，是世界上第一艘专门建造的科研船，此次也是它历时最长的考察。在三年时间里，研究人员在菲律宾的海湾和珊瑚礁收集了约7.9万份鱼类标本，记录了117个新物种。如今，一个由生态学家和遗传学家组成的团队正在研究这些标本，以探寻经过一个世纪的过度捕捞和污染后，菲律宾丰富的海洋生物多样性发生了怎样的变化。通过对比历史标本与现代鱼类种群的DNA，团队发现鱼类不仅数量减少，遗传多样性也有所下降——三个代表性物种的遗传多样性下降了4%至6%。该项目联合负责人、加州大学圣克鲁兹分校的马林·平斯基表示，这一现象令人担忧，因为“遗传多样性是生物适应新环境的基础，多样性降低意味着它们适应现有及未来海洋变化的能力也会减弱”。这些结果上月发表在bioRxiv预印本平台和《美国博物学家》杂志上，这只是记录全球生物多样性最丰富的鱼类群落之一变化的广泛项目的开端。奥斯陆大学的进化生物学家巴斯蒂安·斯塔尔（未参与该研究）评价道：“这真的很有趣，因为我们对这些种群的历史知之甚少。”大约10年前，项目联合负责人肯特·卡彭特萌生了利用“信天翁号”标本中的DNA来了解该地区鱼类更多信息的想法。这位老道明大学的海洋保护生物学家自20世纪70年代起开始研究菲律宾的海洋生物。此后每次到访，海洋环境的退化都显而易见，有些物种已完全消失。“变化是巨大的。”他说。2017年，卡彭特与包括菲律宾西利曼大学等机构科学家在内的国际研究团队启动了一个项目，从“信天翁号”一个多世纪前到访过的相同区域收集现代鱼类样本。与历史上的采集者不同，卡彭特的团队没有研究船，他们主要从农村市场和港口购买新鲜鱼类。到目前为止，他们已收集了超过1万份样本。他们还从“信天翁号”收集数量最多的物种中提取了DNA。对现代遗传学家来说，幸运的是，当时的船员使用了一种廉价且充足的液体来保存鱼类——高浓度朗姆酒。大多数较老的博物馆标本用福尔马林保存，这会破坏DNA；而酒精则能保留更多完整的遗传物质。另一个优势是藏品的规模。“信天翁号”的渔获物保存在史密森尼学会的国家自然历史博物馆，其中有时包含同一物种的数十个个体，这使团队能够衡量历史种群的遗传多样性水平。平斯基称该项目是“热带海洋地区最大规模的基因组测序工作”。上月发表在bioRxiv上的一项研究（罗格斯大学勒内·克拉克的博士研究的一部分）关注了两种鲾鱼（Equulites laterofenestra和Gazza minuta），它们生活在浅海沿岸水域，被大量捕捞。研究发现，自“信天翁号”考察以来，这两个物种的遗传多样性均下降了6%。为确保结果不是源于测序误差（在较老、降解的样本中更容易出现），克拉克表示他们“想尽一切办法检验数据，确保结果真实可靠，而非历史DNA的假象”。他们还发现了多样性下降的一个原因：严重的种群瓶颈。对新基因组的分析表明，在过去50年左右的某个时期，繁殖的鲾鱼数量降至仅几十只，这可能是由于其栖息地的过度捕捞和污染。另一项研究发现黑带天竺鲷（Taeniamia zosterophora，一种礁区鱼类）也有类似情况。罗格斯大学前博士生凯拉·菲茨及其同事上月在《美国博物学家》发表的论文中报告，在捕捞压力大的宿务海峡，该鱼的遗传多样性下降了4%，而在更偏远的珊瑚礁则未下降。这种下降幅度超过了温带物种的典型水平。2014年，平斯基对鳕鱼等140种经济价值物种进行的荟萃分析发现，平均遗传多样性下降2%。康奈尔大学的进化遗传学家尼娜·奥弗加德·瑟基尔森表示，在这个热带群岛检测到显著下降并不一定令人惊讶。近岸和礁区鱼类的初始种群规模通常较小，因为它们的栖息地更碎片化，扩散能力也往往更受限；当种群规模变得极低时，稀有等位基因更容易从基因库中丢失。研究也带来了一些好消息。菲茨发现天竺鲷约4%的遗传标记显示出受到选择的迹象，表明它们正在适应周围的一些变化。这种变化在环境影响更严重的宿务海峡更为明显。斯坦福大学的海洋生态学家史蒂夫·帕伦比认为，这种选择迹象是令人鼓舞的：“我认为这是个好消息。”该团队计划通过对比基因组数据与1910年以来物种形态的变化来支持其结论。西利曼大学的海洋生态学家纳迪亚·帕洛玛-阿贝萨米斯（团队成员）正在测量现代和历史标本，以寻找可能由捕捞压力和栖息地退化导致的形态变化。基因分析也在继续。到目前为止，团队已对39个物种的5000多个基因组进行了测序，希望找到更多关于这些鱼类在过去一个世纪中生存状况的线索。瑟基尔森说：“我非常期待接下来从中发现更多成果。”