水体严重污染,鱼类如何适应?

作者: 吴蕾

来源: 知识分子

发布日期: 2021-07-14

本文探讨了在严重污染的水体中,两种鳉鱼——加拿大底鳉和大底鳉如何通过遗传变异和杂交获得对污染物的耐受性。尽管这些适应性策略使得它们能在极端环境中生存,但同时也伴随着遗传多样性的丧失和正常生理状态的牺牲,这可能会影响它们对未来环境变化的适应能力。

日益恶化的海洋生态正严重威胁着海洋生物的丰富度和多样性。生物可能在高度选择压力下演化出相应的生存对策,正如歌德的诗篇《自然》中所言,“自然,她永远创造新的形体;现在有的,从前不曾有的,曾经出现的,将永远不再来;万象皆新,又终古如斯。”生命终究会苟且适应,自然或许会伤后痊愈,但人类脚印的痕迹会留下永久的伤痕。

2021年初夏,青岛浒苔绿潮再度来袭,其不同以往的超大规模与近海人类活动、陆源营养输入、全球变暖等都脱不开干系。事实上,日益恶化的海洋生态正严重威胁着海洋生物的丰富度和多样性。一般认为,当种群足够大时,更有可能获得随机产生的有利突变,使得种群更能适应复杂多变的环境。然而,面对极端变化的外部环境,种群也可能会进入“屋漏偏逢连夜雨”的境地:新发突变产生得太慢,种群中原有的变异不足以提供需要的适应性。

即便如此,在极端污染的环境下,依然有一些生物能够顽强地生存下去——它们是如何做到的呢?

一对鳉鱼近亲——加拿大底鳉和大底鳉,为我们展现了生命的智慧。加拿大底鳉广泛分布于美国大西洋沿岸的盐沼河口湾,甚至出现在有毒污染物达到大多数鳉鱼致死剂量8000倍以上的环境中。实验表明,一些污染地区的种群对污染物具有更高的抗性,且这种抗性是可遗传的。那么,究竟是哪些遗传上的改变提升了它们对污染物的抵抗能力呢?

时间拨回2016年,科学家们对美国东部沿岸的四个区域的加拿大底鳉种群进行了研究。自上个世纪以来,这些地区持续受到二噁英、多氯联苯、汞和其他工业化学品的严重污染。一般认为,种群的地理分布与它们的进化历史密切相关。从遗传结构上来看,加拿大底鳉中地理上相互临近的种群在进化关系上更为相近。然而,这篇发表于《科学》杂志的研究发现,自然选择这只“看不见的手”会在基因组中留下它的“神迹”。

研究人员发现,四个耐受性种群共享的高度分化区域中包含了一些参与芳香烃受体信号通路的关键基因,使用PCB 126处理敏感种群和耐受种群的胚胎时,耐受种群中受AHR调控基因的表达下降,进一步表明了AHR信号通路可能与对污染物的耐受性有关。

在2019年发表于《科学》杂志的研究中,另一种鳉鱼——大底鳉给出了回答。科学家在同样受到严重污染的休斯顿航道区域确定了12个采样点,将生活于其中的大底鳉分为耐受性种群、中高耐受性种群、中低耐受性种群和敏感种群。毒理实验表明,采样自高污染区域的胚胎对PCB 126具有抵抗性。

生物可以通过独立产生和从近亲那里“借用”来获得对污染环境的抵抗能力。然而,这种适应性并非没有代价——它们不得不牺牲正常的生理状态来交换极端环境下的生存能力,这将进一步降低它们对复杂环境变化的适应性。

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