关于支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保未来能够继续看到关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的报道。
被称为海洋软垫的紫海胆依靠其众多的刺和螯 для 保护和食物。无法形成其多刺的壳将对该物种造成毁灭性打击，该物种在北美西海岸附近的岩石海岸上繁衍生息。对于紫海胆来说不幸的是，人类燃烧化石燃料导致大气中二氧化碳水平升高，预示着海洋酸化加剧，这可能会使其更难形成这样的壳。
但新的研究表明，紫海胆可能拥有基因储备来对抗这种潜在的威胁。一项于 4 月 8 日发表在《美国国家科学院院刊》上的研究发现，将紫海胆暴露于未来可能出现的酸化海洋条件下，会引发基因变化，这可能有助于该动物生存。研究人员表明，尽管海胆幼虫的外部变化很小，但它们的基因在短短一生中就适应了高二氧化碳环境条件。
不断变化的环境条件一直以来在驱动进化中起着至关重要的作用。从寒冷到炎热的气候变化改变了生物体生存和繁衍所需的一切，因此每种动物、植物、微生物和真菌物种都必须适应或死亡——就像最近一次冰河时代结束时的转变一样。因此，问题不是当前人类引起的气候变化是否会驱动进化，而是如何驱动——以及可能何时驱动？
在紫海胆的案例中，将海胆幼虫暴露于当前和预计水平的海洋酸化——然后在设定的发育日期对其基因进行采样——揭示了一个种群正在更酸性条件下经历基因变化。简而言之，那些携带更适应高二氧化碳条件基因版本的幼虫变得更加常见。“从某种意义上说，这是进化的开始，”印第安纳大学布卢明顿分校的生物学家梅丽莎·佩斯佩尼解释说，她是该实验的负责人。“只有拥有‘正确’基因拷贝的个体才能将其基因传递给下一代。”
所讨论的基因编码参与诸如从海水中提取贝壳构建矿物质或脂肪代谢等过程的蛋白质。暴露于当今条件的幼虫没有显示出暴露于更高二氧化碳条件下的幼虫所见的变化。并且这种效应随着时间的推移而增强——一天后可以检测到一些选择，但在发育的第七天，更明显的变化变得显而易见。
之前的研究表明，随着海洋酸化加剧，诸如此类的紫海胆——以及其他形成贝壳的生物——将难以生长和发育，而新的研究将这些结果归因于不同的实验室条件，特别是海胆幼虫的密集程度。尽管紫海胆喜欢紧密聚集在一起，但在这些条件下测试幼虫可能会加剧海洋酸化的影响。
当然，紫海胆不太可能仅面临来自海洋酸化的压力；其他威胁包括为获取海胆卵而进行的过度捕捞。这项研究表明，对海洋酸化的任何进化反应的关键在于种群中具有足够的 diversity，以允许自然力量挑选并选择哪些物种能够生存和繁衍。此外，佩斯佩尼指出，“我们不知道这种快速进化变化是否会产生负面副作用。”因适应高酸度而选择丧失的基因可能在从躲避捕食者到免疫系统反应的任何方面都发挥重要作用。
无论如何，正如这项海胆工作所示，这种进化不必是缓慢的。4 月 8 日发表在《生态学快报》上的关于土壤螨的研究重申了这一点，发现实验室诱导的自然选择——在本例中是为了缩短成熟时间——可以在短短 15 代内发挥作用。
话又说回来，紫海胆可能已经做好了独特的准备来面对未来酸度增加的环境。它所居住的上升流海洋环境无论如何都会定期在高二氧化碳和低二氧化碳海水条件之间波动。这意味着该种群可能保留了应对高二氧化碳的遗传能力——佩斯佩尼指出，它们比大多数其他生物具有更多的遗传变异性，这种遗传储备可能在海胆面对气候变化的影响时为它们提供良好的服务。
这也表明，其他没有这种暴露历史的海洋和陆地生物将不具备相同的遗传 resilience——并且通常也缺乏紫海胆的大种群规模。“目前，尚不清楚哪些种类的物种可能能够通过进化摆脱困境，”布朗大学的生态学家 Dov Sax 说，他没有参与这项研究。“这是一个巨大的问题，需要解决，并且关系到谁最有可能因气候变化而灭绝的问题。”