污染促使鳟鱼快速适应

鱼类进化与人类历史的关键时刻息息相关

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对野生鱼类种群的研究正在增加越来越多的证据,表明人类活动——特别是污染环境——可以促进复杂生命形式的快速进化。过去,生物学家认为,这类生物的基因构成变化缓慢,需要数千年甚至数百万年。

然而,在过去十年中,新英格兰的大西洋鳕鱼(Microgadus tomcod)和鳉鱼(Fundulus heteroclitus)已被证明对20世纪倾倒在湖泊、河流和沿海水域中的有毒多氯联苯(PCBs)产生了抵抗力。同样,加拿大几个湖泊中的黄鲈(Perca flavescens)种群也成功地适应了冶炼厂80多年来的重金属排放。

英格兰西南部河流中的棕鳟(Salmo trutta)似乎也是如此。现在,一项新的研究不仅揭示了当地的鳟鱼种群已经迅速改变以应对污染,而且还将独特的基因变化与人类工业史上的精确事件联系起来。


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该地区有着悠久的采矿历史,可以追溯到青铜时代,锌、铜、锡、砷和其他重金属继续被冲入水道。事实上,某些河流流域现在毒性很大,只有当地的鳟鱼种群才能在那里生存;从其他地方进入的鱼类会死亡。

为了测试污染引起的进化并评估变化的时间,埃克塞特大学的科学家比较了来自15个野生鳟鱼种群(共700条鱼)的DNA样本,其中9个栖息在受污染的流域,6个来自清洁地点。不仅种群的基因组成差异显著,而且差异与近期人类历史的关键时刻非常吻合。

分子测年表明,耐金属的鱼类在大约960年前的中世纪与清洁河流中的鱼类分离,当时该地区的采矿业开始兴盛。在耐金属的鱼类中也发现了第二次分裂,其中来自污染最严重流域的种群在大约150年前发生分化,这次与该地区采矿业的高峰期和英国的工业革命相吻合。“测年技术可能相当不精确,但两次分裂都与历史事件如此吻合,这非常引人注目,也令人惊讶,”研究团队负责人杰米·史蒂文斯说。“这种适应似乎是金属特异性的,每条河流中的鳟鱼都适应了独特的金属混合物。一条河流中的鱼可能耐砷,但在锡或锌含量高的流域中会死亡。”科学家们在2015年7月出版的《进化应用》杂志上发表了他们的发现,他们认为这些水域中的鳟鱼是该物种的独特变种,应该受到保护,因为它们有一天可能允许重新放养受污染的河流。

但这对鱼类来说也有不利之处。最适应金属污染的鳟鱼变种的基因库也减少了——这可能是金属首次开始涌入水道时最初种群崩溃的结果。众所周知,在这些瓶颈中幸存下来的鱼类将其遗传多样性传递给后代的能力较弱。“虽然它们已经适应了其独特的环境,”史蒂文斯说,“但耐金属的鳟鱼可能不适合未来的变化,因为它们缺乏应对新的和意想不到的挑战所需的更广泛的基因库。”

  • 丹·伊瑟利是一位环境顾问,也是《丛林之王:雷蒙德·迪特马斯和寻找世界上最大的毒蛇》一书的作者。他住在英格兰西南部。

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