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进化生物学家发现,有些鱼以同样的方式适应有毒的水

堪萨斯州立大学和华盛顿州立大学的一项研究表明,几种鱼类用同样的机制适应了恶劣的环境,这就带来了进化机会的问题。

Michi Tobler副教授,Ryan Greenway 2019年5月博士毕业生,Nick Barts博士生,都在生物系;华盛顿州立大学副教授乔安娜·凯利;最近,许多合作者在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上发表了一篇关于反复适应极端环境的文章。

“我们试图了解进化和适应是如何起作用的,”Tobler说。“我们偶然发现这些生活在剧毒水中的鱼。它的毒性非常大,可以通过与线粒体中的一种酶结合而杀死大多数其他生物——线粒体是细胞的“发电站”——并在细胞水平上关闭能量生产。”

这些水流含有高浓度的硫化氢,这种气体可以自然地溶解在水中。托布勒和他的合作者发现,至少有10种不同的鱼类已经适应了这种极端环境。

“在进化生物学中,种群是否会采取同样的方式来适应新环境是一个长期存在的问题,”凯利说。“我们的研究表明,在适应硫化氢的多种鱼类中,同样的路径已经被改变。”

不管在什么地方,所有的10个都采用了相同的机制:调整酶,使毒物不能与之结合。

“这些酶最酷的地方是所有的生物体都有它们,”托布勒说。“我们让他们。真菌。植物。这是制造能源的普遍方式。然而,正是这种保存了这么久的古老途径在这些鱼身上发生了改变。”

根据托布勒的说法,这种鱼还加强了线粒体内现有的解毒机制,这样它们可以更快地摆脱硫化氢,从而在其他不适应环境的鱼无法在有毒的水中生存时存活下来。具有这种能力的鱼类的多种血统给进化生物学家史蒂芬·古尔德提出的观点提出了质疑,即如果进化重复自己,每次都会导致不同的结果。

托布勒说:“30年前,古尔德说,‘如果你能把生命的磁带倒带,那么每一次你都会得到不同的结果。’这意味着进化不会每次都找到同样的适应性解决方案。”“实际上,我们在所有这些谱系中发现——当它们暴露在相同的选择源之下时,生命的录象被重新播放——进化实际上是以非常相似的方式展开的。我认为它告诉了我们一些关于生物体如何适应的基本信息,而适应的解决方案可能是有限的。”

研究人员可以将生活在有毒水中的适应鱼类与生活在正常环境中的鱼类进行比较,因为栖息地之间没有障碍。托布勒说,由于鱼适应了有毒环境,它们实际上进化成了一个新物种。他的研究生正在进行进一步的研究。

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