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大多数人很难区分奇努克鲑鱼和银鲑,甚至幼鱼和老鱼。 但是哥伦比亚河流域(尤其是在华盛顿州、俄勒冈州和爱达荷州)的居民并非如此:他们不仅了解他们的鲑鱼,而且他们区分物种的能力是保护这种快速消失的鱼类的关键。
鲑鱼曾经在哥伦比亚河中非常丰富,但现在正濒临灭绝——这种情况不仅威胁到它们的生存,也威胁到居住在这条大河岸边的人们的生活:根据波特兰西北电力和保护委员会2005年的一份报告,仅在爱达荷州、俄勒冈州和华盛顿州,商业捕鱼业就雇佣了超过3600人,每年创造超过1亿美元的收入。 鲑鱼也是美洲原住民部落仪式的重要组成部分。
但是,过度捕捞、水力发电大坝和开发(导致栖息地破坏)对哥伦比亚河中珍贵的鱼类造成了影响,其每年的迁徙种群从19世纪的顶峰时期(据估计当时数量高达2000万条)骤降了多达90%,在某些地区甚至低至数百万条。 从20世纪初开始,沿着哥伦比亚河及其支流修建水力发电大坝提高了电力生产,但也使鲑鱼数量锐减至刘易斯和克拉克200多年前在该地区探险时数量的约3%。
为了扭转这种下降趋势,由内兹珀斯人、尤马蒂拉人、温暖泉保留地和雅卡玛人组成的当地美洲原住民部落于1977年成立了塞利洛鱼类委员会,该委员会后来扩大并更名为哥伦比亚河部落间渔业委员会(CRITFC)。
在过去的十年中,CRITFC 使用基因分析来研究当地的鱼类种群,包括奇努克鲑鱼、红鲑和银鲑。 CRITFC 的首席遗传学家肖恩·纳鲁姆说,其目标是通过查明面临风险的品种,并与当地的鱼类孵化场合作,来补充最需要的品种,从而帮助增加鲑鱼种群。 他说:“随着[人类]对自然种群的影响稳步增加,更好地理解物种适应性的速度和水平[是]必要的。”
CRITFC 包括约 60 名遗传学家、水文学家、鱼类生物学家、生物统计学家、气象学家和其他科学家(以及约 500 名支持人员),他们致力于研究鲑鱼及其生态系统。 确定哥伦比亚河流域鲑鱼种群的基因变异(并开发基因特征)有助于研究人员更好地了解鱼类的多样性、适应性和分布。 这些基因特征也可用于识别以前未知的鲑鱼物种何时迁徙到该地区。
研究人员表示,时间至关重要,因为一些鲑鱼已被宣布为濒危物种。 (纳鲁姆说:“联邦、州和地方各级的渔业管理者正在考虑使用这些科学家提供的信息来帮助他们决定何时、何地以及可以捕捞多少鱼。”)
科学家们可能能够加快工作进度的一种方法是转向更新、更快的技术,以识别鱼类 DNA 或遗传物质的变异。 自 7 月以来,CRITFC 的科学家们一直在将研究鲑鱼 DNA 所需的材料加载到位于南旧金山的 Fluidigm 公司制造的原型测试系统中,该系统旨在识别 DNA 样本中 96 个不同位置(称为单核苷酸多态性,或 SNP,标记)的变异。 研究人员一次最多可以测试 96 个遗传物质样本,在四小时内提供 9,216 个同步反应(或 基因型)。 (此前,这需要在一次只能产生 384 个此类基因型结果的系统上完成。)
Fluidigm 的 EP1 系统——阿拉斯加州渔猎部(Alaska Department of Fish and Game)和西雅图的华盛顿大学(University of Washington)也在使用该系统——在集成流体回路(IFC)中产生这些反应,这些回路是 1.5 英寸(3.8 厘米)见方,约 0.13 英寸(0.32 厘米)厚,由透明的橡胶聚合物制成。 IFC 包含一个微观的隧道、阀门和腔室矩阵,含有鲑鱼 DNA 样本的溶液可以通过这些矩阵进行导向。 气压用于打开和关闭隧道,将不同的溶液组合分隔在整个 IFC 中。 结果是研究人员可以研究的数千个基因型阵列。
纳鲁姆估计,他的实验室购买 Fluidigm 的 EP1 系统将花费约 13 万美元。 IFC 的成本各不相同,但大多数的平均范围在 200 美元到 500 美元之间。 (每个 IFC 只能使用一次。)这个成本与研究人员一直在使用的加利福尼亚州卡尔斯巴德的 Applied Biosystems 检测系统的价格标签相当。 他补充说,两种系统中使用的化学品的成本也相似,但科学家在 EP1 系统中使用较小的量,从而以更低的每个样本成本更快地获得相同的基因型数据。
该技术为 CRITFC 研究人员提供了快速 SNP 筛选和研究生物体的机会,这些生物体的基因组序列(与人类和小鼠不同)尚未被研究和编目。
当然,更好地理解遗传学并不能在一夜之间帮助恢复鲑鱼种群。 然而,CRITFC 的工作是使用科学和技术来确保负责拯救鲑鱼的人们做出正确决定的经典范例。