百毒不侵」的突變魚

對美國東海岸數百條鱂魚的測序結果顯示，幾十處演化中的改變使得它們能夠在這類魚原本無法生存的極度污染的水體中繁衍生息。行進中的演化史無前例地現出了詳貌。

編譯 韓宇

審校 陳月欣

水污染導致了鱂魚的快速適應。

圖片來源：Joel Sartore, National Geographic PhotoArk/Getty

快速適應

生活在美國東海岸的大西洋鱂魚（Fundulus heteroclitus）演化出了對有毒廢料極強的耐受性，是普通魚類的數千倍。在它們棲息的重度污染的河口地區，二惡英、多氯聯苯（PCB）和重金屬含量是其他水域的近8000倍，足以讓絕大多數魚類殞命。

就像《辛普森一家人》中的三眼魚布林克（Blinky the three-eyed fish）一樣，鱂魚也在這鍋毒湯中繁衍生息，生機勃勃。但和可憐的布林克命運不同，鱂魚的身體並沒有發生奇怪的變化。不過，它們的基因卻講述了一個別樣的故事。

三眼魚布林克是一條三隻眼睛的橙色魚，經常出沒在核電站外的池塘和湖泊中。突變是春田核電站引起的。

圖片來源：WIKI Simpsons

Whitehead 及其團隊從美國東海岸採集了近400份大西洋鱂魚樣本，對它們的基因組進行測序，並對來自嚴重污染區和非污染區的鱂魚基因組進行比較。他們發現，一種極端突變使它們能夠忍受毒性廢料而生存下來。

此外，令人吃驚的是，自它們生活的河口地區受到污染，鱂魚這種超凡適應力的演化僅僅用了大約半個世紀。

儘管很多人認為演化是一個緩慢的過程，但事實上它可能會發生得非常快。這樣的例子不勝枚舉，像樺尺蠖黑蛾的數量在工業化早期得到了爆髮式的增長，亦或是目前日益增長的數目繁多的抗生素抗性細菌。

黑蛾更適應工業化早期造成的煤煙環境，因此數量劇增。在污染治理後，數量又急劇下降。

圖片來源於網路

但現今大多數演化過程中的遺傳變異沒有得到很好的解釋，而大西洋鱂魚對重度污染的耐受現象為科學家提高了良好的研究契機。

遺傳多樣性

研究團隊發現數十處在演化中幫助鱂魚適應污染環境的變異。Whitehead說：「我們有一整套適應性遺傳類型的圖譜。」

大多數變異發生在與信號通路相關的基因中。這種信號通路在正常鱂魚體內具有多種作用，比如參與免疫系統或應答雌激素信號。

這種芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor，AHR）通路同樣參與處理自然毒素的過程。但如果該通路在發育早期階段就被污染物激活，則會對生物體造成嚴重損害。「發育過程會被搞得亂七八糟。」Whitehead 補充道。

所有耐污染魚的 AHR 相關基因都發生了多處突變以防止該通路在錯誤的時間啟動。然而，由於來自不同水域的耐污染魚在這些基因上發生的突變不同，導致各種群走上了不同的演化之路。

此外，其他基因發生的多處變異在 AHR 通路中也起到了補償效應。由於該通路的多重作用，導致其失活的相關基因突變引發了一連串的連鎖效應。

鱂魚生存的環境在20世紀50年代受到污染，因此，所有這些演化的發生僅僅歷經了幾十個世代。Whitehead 認為，鱂魚之所以演化得如此迅速，歸功於物種內高度的基因多樣性。這種多樣性允許它們在突變的隨機洗牌中能夠存活足夠長的時間，直到勝利組合的出現。

紐約大學醫學院的 Wirgin 認為鱂魚的領地性也有助它們快速演化，因為污染水域中的種群不大可能與乾淨地區的種群產生交配行為，所以它們的突變基因不會被稀釋。這些因素都保證了鱂魚在面對環境劇變時可以拿出一張王牌以渡過難關。

機遇or挑戰

鱂魚已經演化到能在污染水域茁壯成長，但並非所有動物都有如此的適應性。特別是體型較大而種群較小的物種多樣性更低，這意味著它們可能無法快速演化以應付人類活動所導致的環境突變。

不過，獲得如此多的變異是要付出代價的。為了適應它們有毒的家園，鱂魚種群的多樣性可能會降低且更加特化。這種惡劣環境未來所發生的變化可能會給這些小魚帶來滅頂之災。

就目前狀況而言，鱂魚已經取得了階段性的勝利，但對於捕食者來講卻未必如此。這種小魚是大魚和鳥類的食物，重金屬和PCB的富集對食物網其他環節和作為頂級捕食者的人類會有怎樣的影響還不得而知。

但無論結果如何，鱂魚快速演化的歷程再一次提醒著我們，保護環境和物種多樣性至關重要。

【文章來源】

https://www.newscientist.com

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