我的生命密碼

撰文/邵長偉 劉凱強(qiáng)

在環(huán)南極寒冷的海域中，有一種特有的生物——南極磷蝦。它們多在海水表層活動，主要以浮游植物為食，是南極最重要的生物資源之一。中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所帶領(lǐng)國際研究團(tuán)隊(duì)，在其基因組組裝、極端環(huán)境適應(yīng)性和群體歷史演化研究方面取得突破性進(jìn)展。那么，科學(xué)家都解開了哪些謎團(tuán)呢？

似蝦卻非蝦

我是一只南極磷蝦，別看我名字中帶“蝦”，長得也蝦模蝦樣，但我并不是真正意義上的蝦。我生活在環(huán)南極水域，是無脊椎海洋生物，隸屬于節(jié)肢動物門甲殼亞門軟甲綱真軟甲亞綱磷蝦目。

大家熟悉的小龍蝦、對蝦等都是我的遠(yuǎn)親，我們同屬于真軟甲亞綱，只不過它們屬于十足目。大約3.15億年前，我們磷蝦家族就與那些遠(yuǎn)親分道揚(yáng)鑣，走上了不同的演化之路。

成年后，我的體長通常只有4～6厘米，體重一般不超過2克，但是我的族群非常龐大。我們喜歡群居的生活方式，有時，每立方米海水中能聚集1～3萬只；資源蘊(yùn)藏量也極其龐大，在6.5億～10億噸之間，可以說，我們是地球上多細(xì)胞生物中資源量最大、繁衍最成功的物種之一。

我在環(huán)南極海域的能量和物質(zhì)流動中扮演著關(guān)鍵角色，在南極生態(tài)系統(tǒng)的食物鏈中占據(jù)核心位置。我們以浮游植物為食，也成了鯨、海豹、海狗、企鵝等生物的主要食物來源。如果我從南極生態(tài)系統(tǒng)中消失，整個生態(tài)系統(tǒng)都將面臨巨大的危機(jī)。

超大基因組中的秘密

我身體里蘊(yùn)含著生長、攝食、種群擴(kuò)張、演化歷程、年齡結(jié)構(gòu)和對環(huán)境壓力的適應(yīng)能力等基礎(chǔ)生物學(xué)的秘密。為了找到這些秘密的答案，早在2011年，各國的科學(xué)家就在想辦法破譯我的基因組了。但我并非等閑之輩，小小身體里藏著的基因組接近50Gb，約為人類基因組的16倍。因此，破譯我的基因組曾被認(rèn)為是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)。

然而，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，十幾年后，科學(xué)家利用最先進(jìn)的測序和分析技術(shù)成功繪制出了我的基因組圖譜。他們發(fā)現(xiàn)，圖譜中超過90%的部分都是重復(fù)序列，而且在演化的過程中，我經(jīng)歷過兩次重復(fù)序列的爆發(fā)式增長，這些獨(dú)特的變化塑造了今天的我。

奇妙的基因

通過對我體內(nèi)關(guān)鍵成分基因進(jìn)行解析，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了我能夠適應(yīng)極晝、極夜環(huán)境的方法。原來，我的身體里有一個像鐘表一樣的系統(tǒng)，系統(tǒng)中有幾個關(guān)鍵基因，它們在極晝和極夜各有不同的活動水平。這表明我的身體已經(jīng)進(jìn)化出了一套根據(jù)日夜變化來調(diào)整行為和生理狀態(tài)的機(jī)制。

此外，我的身體里有關(guān)蛻殼和能量代謝的基因數(shù)量比其他物種多。它們就像我的生存法寶，幫助我在嚴(yán)寒中完成“負(fù)增長”——在食物不足時減緩生長甚至縮小身體，并擁有更高效的能量代謝，讓我能更有效地利用有限的能量。

這些基因創(chuàng)新，就像我身體中的超級適應(yīng)器，讓我在南極這種極端環(huán)境中生存下來，也使我的種群不斷壯大、生生不息。

盡管在較長時間尺度上，我們的種群變化與歷史氣候變化相一致，但環(huán)境因素對我們的影響是極其復(fù)雜的。面對當(dāng)今迅速變化的氣候，我們的未來充滿不確定性，需要科學(xué)家用更深入的研究來不斷揭開迎面而來的謎團(tuán)。

（責(zé)任編輯 / 牛一名 美術(shù)編輯 / 徐博宇）