阿拉斯加紅帝王蟹的遺傳多樣性與氣候適應(yīng)力

保持種群內(nèi)部和種群之間的遺傳多樣性對于確保物種能夠適應(yīng)具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境條件至關(guān)重要。如果沒有遺傳多樣性，一種疾病或一組條件辯護，比如海洋酸化的長期變化，就可能導(dǎo)致一個物種滅絕。

一項新的研究揭示了阿拉斯加紅帝王蟹（Alaska red king crab）種群的遺傳多樣性比最初記錄的要多。這表明，面對海洋變暖等不斷變化的環(huán)境，該物種將更具適應(yīng)力。但研究人員也表示，任何增加紅帝王蟹數(shù)量的努力都需要小心，不要影響這種遺傳多樣性。

該研究題為：全基因組測序揭示阿拉斯加紅帝王蟹的實質(zhì)性遺傳結(jié)構(gòu)和局部適應(yīng)證據(jù)（Whole Genome Sequencing Reveals Substantial Genetic Structureand Evidence of Local Adaptation in Alaskan Red King Crab），發(fā)表于《進化應(yīng)用》（Evolutionary Applications）。

Redking crab，圖源：Public domain 作者：Haddock L, U.S. Fish andWildlife Service阿拉斯加帝王蟹

從歷史上看，紅帝王蟹漁業(yè)是美國阿拉斯加海域中的一種重要蟹類資源，其漁業(yè)在歷史上確實占據(jù)了非常重要的地位。紅帝王蟹因其肉質(zhì)鮮美、體型大而受到消費者的青睞，也是全球海鮮市場上的熱門商品。阿拉斯加的紅帝王蟹漁業(yè)不僅對該州的經(jīng)濟發(fā)展起到了推動作用，而且也是當?shù)厣鐓^(qū)生計的重要組成部分。

然而，紅帝王蟹漁業(yè)在20世紀80年代崩潰了對阿拉斯加的漁業(yè)產(chǎn)生了深遠的影響。1983年，紅帝王蟹的種群數(shù)量在全州范圍內(nèi)急劇下降，這主要是由于過度捕撈、環(huán)境變化以及可能的疾病或寄生蟲問題等因素的共同作用。阿拉斯加灣的紅帝王蟹漁業(yè)自崩潰以來一直處于關(guān)閉狀態(tài)，這是為了保護剩余的種群并防止進一步的資源枯竭。漁業(yè)管理者采取了嚴格的管理措施，包括限制捕撈季節(jié)、設(shè)定捕撈配額、實施最小尺寸限制以及保護繁殖區(qū)域等，以促進種群的恢復(fù)。

研究合著者、美國國家海洋和大氣管理局阿拉斯加漁業(yè)科學(xué)中心的遺傳學(xué)項目經(jīng)理Wes Larson反思道：“在了解螃蟹生物量下降以及如何恢復(fù)種群方面，我們需要更好地了解種群結(jié)構(gòu)和當?shù)剡m應(yīng)性?！?/p>

為此，研究人員開始著手獲取阿拉斯加不同地區(qū)紅帝王蟹的全基因組測序數(shù)據(jù)。與以前的方法相比，全基因組測序的好處在于，它類似于閱讀生物體組成的完整故事，而不僅僅是一兩章。這種整體方法提供了更可靠的分析，以梳理出不同地點之間的相似之處和差異。

新遺傳學(xué)研究

傳統(tǒng)上，關(guān)于具有重要商業(yè)價值的物種的信息來自漁業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)（在商業(yè)漁船上所收集）或獨立調(diào)查（來自科學(xué)研究船）。從這些數(shù)據(jù)中，研究人員收集了關(guān)于紅帝王蟹豐度、大小、性別、生殖狀況、飲食等方面的數(shù)據(jù)。

而遺傳學(xué)工具有助于填補傳統(tǒng)調(diào)查的信息空白，并可用于：

• 確定原產(chǎn)地
• 評估當?shù)剡m應(yīng)能力
• 記錄遺傳多樣性和近親繁殖

全基因組測序建立在過去方法的基礎(chǔ)上，增強了在更精細的尺度上檢測種群之間重要差異的能力。紅帝王蟹生活在不同的環(huán)境中——從阿拉斯加北部的沿海海灣到白令海的白令海的開闊海架，以及阿拉斯加?xùn)|南部和阿拉斯加灣由冰川融化形成的小海灣和峽灣中。

以前的基因研究假設(shè)這些地區(qū)的紅帝王蟹分為三個基因群體：

• 阿拉斯加?xùn)|南部
• 阿拉斯加灣、白令海東部
• 阿留申群島、諾頓灣。

然而，以前這些研究使用了較舊的遺傳技術(shù)，可能無法提供準確定義遺傳結(jié)構(gòu)所需的分辨率。本研究中利用來自全基因組測序的高分辨率數(shù)據(jù)重新研究了這些地區(qū)的紅帝王蟹的遺傳結(jié)構(gòu)。

這項研究的結(jié)果揭示了許多信息?？茖W(xué)家們在種群內(nèi)部發(fā)現(xiàn)了顯著的遺傳結(jié)構(gòu)，以及區(qū)域間的遺傳多樣性?？茖W(xué)家們觀察到在某些情況下，這種多樣性出現(xiàn)在僅相隔數(shù)百公里的種群之間。

“螃蟹有浮游幼體，因此考慮到洋流將這些幼體傳播到很遠距離的可能性，這非常令人驚訝。然而，這些種群似乎并沒有混合，而是在基因上被隔離了?！盬es Larson說

更新的方法比以前的方法提供了更清晰的精細尺度遺傳差異。最終，該全基因組測序研究修正了先前的三個基因群體假設(shè)。新數(shù)據(jù)表明，有6個或者7個基因不同的種群，分別為：

• 阿拉斯加?xùn)|南部
• 阿拉斯加灣
• 阿留申群島
• 布里斯托爾灣
• 普里比洛夫群島
• 諾頓灣、楚科奇海

數(shù)據(jù)顯示了阿拉斯加灣和東白令海地區(qū)之間以前未被認識到的差異。科學(xué)家將這種遺傳多樣性歸因于多種因素的結(jié)合，包括來自不同冰川避難所的種群。這些地區(qū)在冰河時代一直沒有結(jié)冰。而最近，由適應(yīng)驅(qū)動的遺傳變化即自然選擇和遺傳漂變即隨機的遺傳變化可能促成了這種多樣性。這項研究記錄了大多數(shù)種群局部適應(yīng)的證據(jù)。

對漁業(yè)管理的影響

研究對紅帝王蟹全基因組測序方法是一種更詳細的方法，使用的數(shù)據(jù)比以前的研究多了幾個數(shù)量級。

研究結(jié)果表明，阿拉斯加不同區(qū)域的紅帝王蟹漁業(yè)得到了有效的管理。具體來說，阿拉斯加灣、阿留申群島、布里斯托爾灣以及普里比洛夫群島的紅帝王蟹種群都實施了獨立的管理措施。在這項研究之前，科學(xué)界并未意識到布里斯托爾灣和普里比洛夫群島的紅帝王蟹在遺傳上存在差異。這一新發(fā)現(xiàn)進一步強調(diào)了對這些區(qū)域的紅帝王蟹種群進行分別管理的重要性，以確保漁業(yè)的可持續(xù)性并保護遺傳多樣性。

理解種群的結(jié)構(gòu)以及新發(fā)現(xiàn)的局部適應(yīng)性遺傳信號，對于防止對具有獨特遺傳特征的種群進行過度捕撈至關(guān)重要。這些信息有助于我們了解局部適應(yīng)性如何影響種群對不同氣候條件的響應(yīng)。通過研究，我們可能發(fā)現(xiàn)某些種群在面對氣候變化時，具有更好的適應(yīng)性和生存潛力，這將對未來的氣候條件下它們的存續(xù)具有重要意義。

此外，遺傳學(xué)研究還能揭示種群分布的變化情況。實際上，隨著北太平洋地區(qū)氣候變暖，白令海的生態(tài)系統(tǒng)可能已經(jīng)經(jīng)歷了一些變化。這些變化可能包括種群分布的轉(zhuǎn)移、新物種的遷入或原有物種的遷出，以及種群結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性的調(diào)整。通過深入研究這些遺傳學(xué)變化，我們可以更好地預(yù)測和管理漁業(yè)資源，確保在氣候變化的大背景下，海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康和漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

最后，考慮到阿拉斯加灣的種群數(shù)量減少，科學(xué)家們原本預(yù)期近親繁殖的可能性會增加，遺傳多樣性會降低。然而，研究人員并沒有發(fā)現(xiàn)遺傳多樣性減少的證據(jù)，這意味著在種群數(shù)量下降的過程中，遺傳健康并未受到影響。這種遺傳多樣性的基礎(chǔ)意味著遺傳因素不應(yīng)該成為限制種群恢復(fù)的障礙。

本研究也提供了重要的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于指導(dǎo)紅帝王蟹的增強計劃中的親魚選擇至關(guān)重要。增強計劃的目的是在孵化場培育幼蟹，然后將它們釋放到野外，以此來補充和增加野生種群的數(shù)量。鑒于阿拉斯加地區(qū)紅帝王蟹遺傳多樣性的顯著性，研究強調(diào)在實施增強計劃時，應(yīng)該優(yōu)先選擇當?shù)胤N群的親魚，而不是從其他地區(qū)引進。這樣做的目的是為了保持遺傳多樣性的完整性，確保種群能夠維持對當?shù)丨h(huán)境的適應(yīng)性。

THE END
本文僅代表資訊，不代表平臺觀點。供參考。

編譯 | Sara

審核 | Daisy
排版 | 綠葉

參考資料略