研究人员发现达尔文雀快速进化的基因关键

乌普萨拉大学的故事

2022年7月11日

一个国际研究小组的研究人员，包括博士。列夫安德森而且布莱恩•戴维斯德克萨斯农工大学兽医与生物医学科学学院(CVMBS)的一项新发现，促进了科学家对达尔文雀进化的理解。

在一项研究中今天发表在《科学进展》杂志上，研究人员确定了在达尔文雀的进化中特别重要的28个基因区域。这些基因区域的变异并不是最近发生的突变，而是随着时间的推移而积累起来的，因为达尔文雀的不同物种在喙的形态上进化出了显著的差异。

生物多样性的丧失，即由于自然栖息地的丧失和人类活动而灭绝的物种数量的增加，是目前最令人关切的问题。

认识到在雀类进化中起着如此重要作用的基因在进化的早期阶段就已经存在，这可能为保护科学家提供了一种对抗灭绝的新工具——除了保护小型稀有物种之外，还保护大型常见物种。

瑞典乌普萨拉大学和CVMBS的教授Andersson说:“我们的研究表明，生物多样性的丧失比通常认为的更令人担忧，因为我们的主要结论是，达尔文雀的快速进化依赖于几十万年来进化的基因变异。”“为了后代维持生物多样性，维持大量常见物种的数量与拯救濒临灭绝的稀有物种同样重要，因为前者最能适应未来环境的变化。”

在这项研究中，研究人员比较了小型、中型和大型地雀的基因组，这些地雀相似，但在身体和喙的大小上存在显著差异，以确定这些变异发生的时间，以及不同物种从共同祖先进化而来的时间。

“我们的基因分析揭示了28个基因区域，在这三个物种中表现出一致的差异，”埃里克·恩博迪博士说，他是乌普萨拉大学的博士后研究员，进行了这项分析。“我们很惊讶，这些基因变异也出现在其他类型的达尔文雀中，这意味着它们比物种本身有更长的进化史。一个主要的信息是，在达尔文雀的进化过程中，这些基因变体已经被使用和重复使用。”

乌普萨拉大学研究员、该论文的第一共同作者卡尔-约翰·鲁宾博士说:“我们还探索了已识别基因的功能，并注意到其中许多基因在发育中的喙中表达，这与我们的假设一致，即影响喙形态的基因在达尔文雀的进化过程中一定发挥了突出作用。”

达尔文的雀类是适应性辐射的一个经典例子，在相对较短的时间内，通常是在一个新的地理区域被殖民之后，一群密切相关的物种在生态和形态上从一个共同的祖先物种多样化。

自从达尔文的雀类祖先大约100万年前到达Galápagos以来，已经进化出了18个独特的物种，这让许多进化生物学家想知道如此快速的进化是如何发生的。

达尔文雀的独特之处在于它们在相对不受干扰的环境中进化;该群岛位于南美洲以西约600英里处，在过去100年里才有了永久的人类定居点。

这些鸟类的一个关键进化变化是喙形态的多样化，这使得不同物种能够利用不同的食物资源，包括不同大小的种子、昆虫、仙人掌花的花粉和花蜜，以及其他物种的血液。

“在我们在达芙妮·梅杰小岛上40年的实地工作中，我们发现了足够的证据，证明喙形态的变化如何对这些鸟类的食物利用和生存产生重大影响，”博士说。普林斯顿大学的彼得·格兰特和罗斯玛丽·格兰特夫妇多年来从不同种类的达尔文雀身上收集了6000多份血液样本，其中一些被用于这项研究。

这项研究还包括使用收集的新样本，使用便携式测序仪器在Galápagos上为达尔文雀构建高质量的基因组图谱。

“在Galápagos当地研究人员的协助下，我们能够在采集样本的现场进行基因组测序。这确保了我们有最高质量的DNA进行序列分析，”鲁宾说。“这张新的、高质量的达尔文雀基因组图谱将成为研究这些有趣鸟类群体的重要资源。”

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