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動物研究所揭秘鳥類遷徙路線形成原因和長距離遷徙關(guān)鍵基因
鳥類的遷徙是最令人著迷的自然現(xiàn)象之一。據(jù)估計，全球現(xiàn)存1萬多種鳥類當(dāng)中大約1/5是遷徙鳥類，世界上每年有數(shù)十億只候鳥在繁殖地和越冬地之間遷徙，鳥類的遷徙路線幾乎遍布全球。然而，這些路線如何進化而成？當(dāng)前如何維持？在未來氣候變化下可能有何改變？以及不同的遷徙策略是否有其遺傳基礎(chǔ)？一直是鳥類學(xué)和行為學(xué)界廣泛關(guān)注的重要科學(xué)問題。
亞歐大陸游隼遷徙系統(tǒng)
2021年3月3日，中國科學(xué)院動物研究所詹祥江實驗室在國際頂級期刊Nature雜志在線發(fā)表了關(guān)于鳥類遷徙的研究論文“Climate-driven flyway changes and memory-based long-distance migration”（doi: 10.1038/s41586-021-03265-0）。在該研究中，團隊通過整合多年衛(wèi)星追蹤數(shù)據(jù)和種群基因組信息，建立了一套北極游隼遷徙系統(tǒng)，揭秘了其遷徙路線的主要形成原因和長距離遷徙關(guān)鍵基因。
游隼(Falco peregrinus)，是世界上飛行速度最快的動物之一，最高俯沖速度接近390km/h，也是地球上最成功的頂級捕食者之一，廣泛分布在除南極洲之外的全球六大洲。研究人員歷時六年，在北極圈自西向東的主要繁殖地（科拉半島、科爾古耶夫島、亞馬爾半島、泰梅爾半島、勒拿河、科雷馬河）為56只游隼佩戴了衛(wèi)星追蹤器，構(gòu)建了一套北極游隼遷徙系統(tǒng)。衛(wèi)星追蹤發(fā)現(xiàn)這些北極游隼主要使用5條遷徙路線，在種群和個體水平上具有非常高的遷徙連接度和重復(fù)性。而且這些種群的遷徙距離顯著不同：西部兩群短距離遷徙（平均3600公里），東部四群長距離遷徙（平均6400公里）。
對其中4個地區(qū)35只游隼的種群基因組學(xué)分析顯示西部的科拉和科爾古耶夫種群，以及東部的亞馬爾和科雷馬種群分別具有最近共同祖先?；谠撗芯恐虚_發(fā)的全基因組Approximate Bayesian Computation 模型，估計長/短距離種群的分化時間大概在末次冰盛期前后。種群動態(tài)推斷及潛在繁殖、越冬地重建結(jié)果顯示在末次冰盛期到全新世的轉(zhuǎn)換過程中，因冰川消退而帶動的繁殖地向北退縮以及越冬地變遷可能是游隼遷徙路線形成的主要歷史原因。對于當(dāng)前的遷徙路線而言，研究人員發(fā)現(xiàn)不同路線之間的環(huán)境異質(zhì)性很強，環(huán)境巨變區(qū)域與遷徙路線邊界高度吻合，并且路線之間的差異與選擇性遺傳分化的相關(guān)程度明顯大于中性遺傳分化，從而說明了環(huán)境的差異以及相關(guān)的本地適應(yīng)在維持當(dāng)前遷徙路線中發(fā)揮著重要作用。
更為有趣的是，通過對長短遷徙種群基因組的對比分析，研究人員首次發(fā)現(xiàn)了一個和記憶能力相關(guān)的基因ADCY8在長距離遷徙種群中受到了正選擇，實驗證明長、短遷徙種群主要基因型存在功能差異，揭示了長時記憶可能是鳥類長距離遷徙的重要基礎(chǔ)。最后，研究人員通過模擬預(yù)測，在未來全球變暖日益嚴(yán)重的情境下，亞歐大陸西部的北極游隼種群可能會面對兩方面的威脅：遷徙策略的改變和主要繁殖地的退縮。
北極游隼遷徙路線變遷和長距離遷徙遺傳基礎(chǔ)
該項研究首次全面結(jié)合遙感衛(wèi)星追蹤、基因組學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等多種新型研究手段，通過多學(xué)科的整合分析，從行為、進化、遺傳、生態(tài)及全球氣候變化等多個維度，闡明了北極鳥類遷徙路線過去形成歷史、當(dāng)前維持機制以及未來變化趨勢，并發(fā)現(xiàn)了鳥類長距離遷徙的關(guān)鍵基因，展現(xiàn)了學(xué)科交叉型的創(chuàng)新性研究在遷徙鳥類保護中的重要作用。該研究由中國科學(xué)院動物研究所主導(dǎo)，中國科學(xué)院生物物理研究所、英國卡迪夫大學(xué)、俄羅斯科學(xué)院烏拉爾分院、德國馬普動物行為研究所等多個國家科研單位合作完成，動物研究所博士研究生谷中如、助理研究員潘勝凱和工程師林蓁蓁為論文共同第一作者，詹祥江研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、科技部國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院動物進化與遺傳前沿交叉卓越創(chuàng)新中心、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會等項目的支持。
來源:
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