【世界報(bào)資訊】憨憨企鵝為何拋棄藍(lán)天落入海洋？這個問題有答案啦

說到企鵝，你的頭腦中會浮現(xiàn)出怎樣的身影，是在南極大陸上抵御風(fēng)雪的帝企鵝一家？亦或是那只成為衛(wèi)隊(duì)成員的王企鵝？還是已經(jīng)商標(biāo)化的企鵝形象？

(相關(guān)資料圖)

作為地球上最具代表性和獨(dú)特性的鳥類之一，企鵝為什么會拋棄藍(lán)天，再一次適應(yīng)海洋生態(tài)系統(tǒng)？它們又是如何成功生存在地球上最極端的環(huán)境中？近日，我國科學(xué)家通過多學(xué)科聯(lián)合的方式，重建了企鵝的起源與演化過程，并揭示環(huán)境變化、氣候及地質(zhì)事件對企鵝物種形成的影響，進(jìn)一步解釋企鵝如何二次適應(yīng)海洋生態(tài)環(huán)境。相關(guān)研究成果于7月19日發(fā)表在《自然·通訊》。

圖為生活在南極大陸的帝企鵝（深圳華大生命科學(xué)研究院提供）

誕生于古西蘭，距今6500萬年前

“企鵝擁有高度適應(yīng)海洋環(huán)境及南極等極端環(huán)境的特征。”論文共同第一作者深圳華大生命科學(xué)研究院的周程冉博士告訴科普時報(bào)記者，大約6000萬年前，企鵝失去了飛行能力，轉(zhuǎn)而具備了鳥類中最強(qiáng)的潛泳能力。

鳥類中與企鵝目關(guān)系最近的是信天翁所在的鹱（音hù）形目。大約6500萬年前，企鵝的祖先出現(xiàn)在古西蘭地區(qū)，那時的古西蘭已經(jīng)孤懸于大陸之外，南半球各個大陸也已經(jīng)抵達(dá)了比較接近今天的位置，然而彼時的南極大陸仍然通過陸橋與南美大陸相連。古企鵝也從西蘭地區(qū)擴(kuò)散到了古陸橋附近。

大約在4000萬年前，連接南極和南美兩塊大陸之間的陸橋終于斷開，陸橋殘存的部分成為了今天的南極半島。從此，南極洲完全處在海洋的包圍之中，隨著海峽的逐漸打開，環(huán)繞南極的洋流開始形成，南極大陸的氣候變得更加寒冷，直到3400萬年前，南極冰蓋形成。在相當(dāng)長的歷史時期，企鵝主要分布在古西蘭、南極半島和南美洲南部海岸及其附近海域。這個時期出現(xiàn)了不少巨型企鵝物種，如約2米高的卡氏古冠企鵝是迄今為止所知的最大型企鵝。

到了大約1400萬年前，現(xiàn)代企鵝的共同祖先出現(xiàn)在了古南美洲。它們向南極洲擴(kuò)散，并首先在南極半島和南極大陸分化形成了王企鵝屬，之后，其他現(xiàn)代企鵝分支也先后出現(xiàn)。到了距今大約260萬年前，地球的氣候又發(fā)生了劇烈變化，第四紀(jì)冰期的到來，使企鵝發(fā)生了快速演化事件，導(dǎo)致其在較短時間內(nèi)分化出大部分的現(xiàn)生物種，分布范圍大為擴(kuò)展，覆蓋了南極洲和南半球其他各主要大陸的南部海岸，基本奠定了今天的物種格局，成為了南冰洋最主要的海鳥。在這個過程中，逐漸增強(qiáng)的南極繞極流很可能為企鵝的傳播提供了重要助力。

解開“家譜”之謎，首次集結(jié)74種形態(tài)

今天，地球上共生存著24種企鵝（含亞種等），它們分別屬于6個分支，即王企鵝屬、阿德利企鵝屬、環(huán)企鵝屬、小藍(lán)企鵝屬、冠企鵝屬和黃眼企鵝屬。著名的自然紀(jì)錄片《帝企鵝日記》中的帝企鵝就屬于王企鵝屬，也是唯一出生在南極最嚴(yán)寒的冬季企鵝。

圖為全球現(xiàn)存的24種企鵝（含亞種、爭議種）和近代滅絕的3種企鵝（特蕾莎·科爾 繪）

長期以來，人們困惑于企鵝六大支脈之間的關(guān)系，也沒能完全弄清企鵝物種之間的關(guān)系，再加上已知的企鵝化石還有其他足等28個屬，更增加了理順企鵝演化關(guān)系的難度，變得撲朔迷離。

企鵝作為全球變化對生態(tài)系統(tǒng)健康影響的哨兵，對環(huán)境變化也非常敏感。據(jù)悉，近代已有三種企鵝滅絕，并且約有一半的現(xiàn)存企鵝物種，也處于瀕危或者近危的狀態(tài)。近些年，企鵝的種群數(shù)量受生境退化、環(huán)境污染、過度漁業(yè)捕撈等因素的影響而銳減。未來，企鵝會怎樣面對環(huán)境的變化，能否健康生存，也是亟待探索的問題。

圖為適應(yīng)了海洋環(huán)境的南非企鵝（深圳華大生命科學(xué)研究院 供圖）

此次科研團(tuán)隊(duì)收集了包括化石物種在內(nèi)，幾乎所有已知74種企鵝的形態(tài)及地理等數(shù)據(jù)。

“這是首次在全球范圍內(nèi)公開所有近代企鵝物種的高質(zhì)量基因組，包括24種現(xiàn)存企鵝和近代滅絕的3種企鵝物種。”論文第一作者和共同通訊作者、丹麥生物多樣性基因組研究中心博士后特蕾莎·科爾介紹說，研究融合了系統(tǒng)基因組學(xué)、古生物學(xué)、形態(tài)學(xué)與行為學(xué)等手段，綜合了滅絕物種類群和現(xiàn)生類群的比較分析，終于厘清了企鵝成員之間的演化關(guān)系，重建了企鵝的演化歷史。

論文通訊作者、浙江大學(xué)生命演化研究中心張國捷教授稱，通過這些數(shù)據(jù)，我們有機(jī)會全面揭示企鵝這一大類群的物種形成和滅絕過程。

內(nèi)外因素結(jié)合，共同推動擴(kuò)散與分化

當(dāng)我們站在演化的時間尺度上去觀察企鵝，就會發(fā)現(xiàn)企鵝形體型逐漸趨向小型化，喙、四肢等形態(tài)特征逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦m合海洋環(huán)境的特征，另外，企鵝的物種數(shù)目由于冰期事件的影響，也與溫度也呈現(xiàn)了相反的變化趨勢。

圖為企鵝功能基因展示 （周程冉和方妙全繪，照片來自pixabay）

“傳統(tǒng)上認(rèn)為熱帶或溫帶生物相對極地生物會有更快的演化速率。但帝企鵝等高緯度企鵝具有比低緯度企鵝更快的演化速率。”周程冉解釋說，這說明南極環(huán)境引起的壓力與歷史氣候波動等因素，共同推動了企鵝的擴(kuò)散與分化，也在一定程度上促進(jìn)了高緯度物種對極地環(huán)境的適應(yīng)。

論文共同第一作者、深圳華大生命科學(xué)研究院的生物信息分析師方妙全向記者表示，研究還找到了如體溫調(diào)節(jié)、味覺偏好、肢體發(fā)育、骨骼生長和免疫系統(tǒng)等企鵝適應(yīng)特殊環(huán)境的相關(guān)重要基因。比如，發(fā)現(xiàn)了企鵝血紅蛋白和肌紅蛋白的突變位點(diǎn)，使其能更好地利用血液中的氧氣，使其自身成為了“高效富氧艙”，延長了潛水時間。

此外，光敏感基因改變使企鵝可以看見紫外光等短波長光，具有敏銳的水下視覺。一系列重要的功能基因與企鵝形態(tài)、生理等特征的形成息息相關(guān)，也是因?yàn)橛协h(huán)境及企鵝自身因素的共同作用，才塑造出了今天的企鵝。

標(biāo)簽： 南極大陸 科學(xué)研究院