“鱘”蹤“穿越”1億年去

翻開(kāi)地層深處的化石名錄，鱘形目（Acipenseriformes）宛如一把密鑰，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)便能開(kāi)啟關(guān)于遠(yuǎn)古水下王國(guó)的塵封記憶。

鱘形目歷史極為悠久，其祖先可追溯至距今3.5億～3億年前的石炭紀(jì)，現(xiàn)存最早的化石記錄始于早侏羅世。令人稱(chēng)奇的是，這一古老類(lèi)群至今仍有眾多現(xiàn)生動(dòng)物存世，其中就包括鱘形目硬骨魚(yú)類(lèi)生物中華鱘（Acipenser sinensis）。中華鱘素有“水中大熊貓”之稱(chēng)，是我國(guó)的特有物種。就讓我們一同“穿越”億年時(shí)光，踏上尋“鱘”之旅。

化石見(jiàn)證遠(yuǎn)古族群輝煌

中國(guó)遼寧義縣組（早白堊世，約1.25億～1.20 億年前）是熱河生物群最繁盛的層位，其出土的劉氏原白鱘（Protopsephurus liui）化石是迄今已知最古老且最原始的鱘形目魚(yú)類(lèi)之一。

同期在熱河生物群中發(fā)現(xiàn)的潘氏北票鱘（Peipiaosteus pani）化石與豐寧北票鱘（Peipiaosteus fengningensis）化石，以及義縣組的長(zhǎng)背鰭燕鱘（Yanosteus longidorsalis）化石，為我們共同描繪了北票鱘科（Peipiaosteidae）家族在中侏羅世至早白堊世的多樣輻射景象。

長(zhǎng)江“巨獸”的小檔案

中華鱘的“裝甲”——靈活的骨骼

中華鱘是地球上最古老的脊椎動(dòng)物之一，最長(zhǎng)可達(dá)5米，最重約500千克，是名副其實(shí)的長(zhǎng)江“巨獸”。

作為鱘形目魚(yú)類(lèi)的典型代表，中華鱘保留了典型的軟骨魚(yú)類(lèi)向硬骨魚(yú)類(lèi)過(guò)渡的結(jié)構(gòu)特征——頭顱由軟顱和膜質(zhì)硬骨結(jié)合而成，菱形骨板由真皮骨化而成，包括脊柱和肋骨在內(nèi)的其余骨骼則主要由軟骨組成。中華鱘體側(cè)有29～45塊側(cè)鱗骨，其中，背部有10～17塊背鱗骨，腹部有11～17塊腹鱗骨，配合50～66條背鰭軟條和32～40條臀鰭軟條。

這種發(fā)達(dá)的骨板以及獨(dú)特的背鰭和臀鰭結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了中華鱘高度特化的防御與運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，既保障了中華鱘游動(dòng)的靈活性，又形成了堅(jiān)固的“裝甲陣列”，以抵御捕食者的攻擊。

住所和繁育習(xí)性

中華鱘為典型的洄游性魚(yú)類(lèi)。

幼體階段：中華鱘幼體會(huì)棲息在溫度穩(wěn)定、鹽度適宜的的淺海海域。

成體階段：隨著中華鱘不斷長(zhǎng)大，它會(huì)逐漸向深海領(lǐng)域遷徙，成體偏愛(ài)在中國(guó)東海、黃海等近海海域度夏。

繁育階段：雄性中華鱘的繁殖年齡通常為 8～26 歲，雌性中華鱘的繁殖年齡通常為 12～34 歲。性成熟后，中華鱘會(huì)在每年夏季進(jìn)入長(zhǎng)江口，沿江而上，在此期間，其性腺會(huì)進(jìn)一步發(fā)育成熟，直至到達(dá)金沙江下游產(chǎn)卵。產(chǎn)卵后，它們便會(huì)洄游到大海，為下一輪繁殖做準(zhǔn)備。中華鱘會(huì)在長(zhǎng)江中停留約 17～19 個(gè)月。野生中華鱘雌魚(yú)每次平均產(chǎn)卵量約 60萬(wàn)粒，但孵化后存活率卻不足 1%，這彰顯了在演化過(guò)程中，中華鱘形成的一種以“量多”來(lái)求生存的適應(yīng)策略和生存智慧。

豐盛的食譜

中華鱘幼體主要以寡毛類(lèi)生物（環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)的一類(lèi)，如蚯蚓）、水生昆蟲(chóng)、藻類(lèi)及植物碎屑為食；成體則主要以小魚(yú)、甲殼類(lèi)和軟體動(dòng)物為食。

中華鱘的4根前吻須分布著豐富的化學(xué)感受器，能在渾濁的水體中精準(zhǔn)定位底棲獵物。定位后，其下頜的伸縮式吻部，能在泥沙底質(zhì)中高效攝食。

保護(hù)！刻不容緩

近些年來(lái)，中華鱘種群規(guī)模急劇縮減，已被世界自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）列為極危物種。想要更好地保護(hù)中華鱘，就要知道它是如何演化而來(lái)的，這需要從它們的基因組中尋找歷史變遷的痕跡。然而，因染色體數(shù)目眾多且形態(tài)復(fù)雜，鱘形目魚(yú)類(lèi)被譽(yù)為“活化石”中的“基因迷宮”。

探尋“基因迷宮”

中華鱘的基因組比人類(lèi)的基因組還要復(fù)雜好幾倍。人類(lèi)體內(nèi)每個(gè)細(xì)胞有23對(duì)（46條）染色體，而鱘形目魚(yú)類(lèi)常見(jiàn)的染色體有3種，數(shù)量分別約為120條、240條和360條，分別對(duì)應(yīng)四倍體、八倍體和十二倍體3大類(lèi)群。中華鱘大約有264條染色體，屬于八倍體一類(lèi)。

中華鱘的超多條染色體從何而來(lái)

這涉及全基因組加倍這一概念。我們可以將全基因組類(lèi)比為一本書(shū)，加倍過(guò)程類(lèi)比為復(fù)印。全基因組加倍就好像是一本書(shū)被復(fù)印了一遍，變成了兩本，即生物體的一套基因組被完整復(fù)制，變成了兩套。

鱘形目生物的祖先在約2.1億年前經(jīng)歷了第一次全基因組加倍，而中華鱘的祖先又在約3500萬(wàn)年前經(jīng)歷了第二次加倍，形成了今天的八倍體基因組。但實(shí)際上，在全基因組加倍過(guò)程中還有另一個(gè)事件在持續(xù)進(jìn)行，就是基因組的二倍化，即通過(guò)一系列遺傳和進(jìn)化過(guò)程，如基因組重組、染色體重排、基因丟失和分化等，再次回到二倍體狀態(tài)的過(guò)程。于是，在全基因組加倍和基因組二倍化的共同影響下，如今中華鱘復(fù)雜八倍體的基因組結(jié)構(gòu)就形成了。

在這個(gè)過(guò)程中，研究人員還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象——中華鱘基因組的兩次加倍時(shí)間與小行星撞擊地球事件和地球氣候發(fā)生劇烈變化的時(shí)間大體一致。研究人員推斷，環(huán)境的劇烈變化可能促使了基因組加倍現(xiàn)象的發(fā)生，從而增強(qiáng)了中華鱘的適應(yīng)能力，使其能夠成功度過(guò)生存危機(jī)，存活到今天。

26位“末代貴族”的生存之戰(zhàn)

結(jié)合化石記錄，可知鱘形目曾多達(dá)26個(gè)屬，種類(lèi)異常豐富。截至21世紀(jì)初，鱘形目魚(yú)類(lèi)還存有2科6屬27種。但在2022年7月21日，被稱(chēng)為“中國(guó)淡水魚(yú)之王”的長(zhǎng)江白鱘被世界自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）正式宣告滅絕，鱘形目魚(yú)類(lèi)的現(xiàn)生成員已縮減至26種，如同26位“末代貴族”，它們正在與時(shí)間和人類(lèi)活動(dòng)帶來(lái)的壓力展開(kāi)生存之戰(zhàn)。

面對(duì)危機(jī)，全球多個(gè)國(guó)家和組織展開(kāi)聯(lián)合保護(hù)行動(dòng)。為保護(hù)中華鱘物種及其棲息地，我國(guó)建立了多處自然保護(hù)區(qū)，并開(kāi)展中華鱘的人工繁育與增殖放流工作，近40年來(lái)，已累計(jì)向長(zhǎng)江放流中華鱘近900萬(wàn)尾。

與此同時(shí)，科研人員還在不斷地引入前沿科技手段，綜合繁育保護(hù)、細(xì)胞保存、核酸保存、全基因組測(cè)序等技術(shù)，通過(guò)建立繁殖種源庫(kù)、離體種質(zhì)庫(kù)和信息庫(kù)，我們可以保護(hù)好這些“末代貴族”，進(jìn)一步強(qiáng)化科學(xué)支撐，為其種群復(fù)興提供足夠的種質(zhì)資源。

知識(shí)鏈接

基因組多倍化會(huì)帶來(lái)什么好處

基因冗余量大：復(fù)制使得它們的同一個(gè)基因有好幾個(gè)備份，即便一份發(fā)生了意外，不能工作，其他備份基因還可以繼續(xù)工作。

創(chuàng)新機(jī)會(huì)增加：只要有一份基因在“堅(jiān)守崗位”，保持原有功能結(jié)構(gòu)，其他的基因備份就可以在演化中“放飛自我”，發(fā)展出新功能。

適應(yīng)能力增強(qiáng)：面對(duì)環(huán)境變化，多倍體物種練就了更強(qiáng)的能力，使其不懼環(huán)境變化危機(jī)。

但基因組多倍化也會(huì)給科學(xué)家全基因組測(cè)序后的組裝（將測(cè)序得到的短DNA片段通過(guò)生物信息學(xué)方法拼接、整合，最終重建出完整基因組序列的過(guò)程）帶來(lái)難題。對(duì)于數(shù)百條微小且相似的染色體，準(zhǔn)確拼接成完整序列難上加難。經(jīng)過(guò)十余年的探索，中國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)攻克了微染色體多、拷貝多等難題，在2024年首次完成了全球首個(gè)八倍體動(dòng)物中華鱘全基因組測(cè)序、組裝和注釋?zhuān)L制出高質(zhì)量的基因組圖譜，即中華鱘的“生命字典”。

這份“生命字典”可以幫助科學(xué)家揭開(kāi)中華鱘的“前世今生”，有助于我們更好地研究中華鱘生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、抗病和環(huán)境適應(yīng)機(jī)理機(jī)制，推動(dòng)中華鱘保護(hù)技術(shù)的研發(fā)，從而更好地保護(hù)中華鱘。

（責(zé)任編輯 / 王佳璇" 美術(shù)編輯 / 周游）