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时间:2020-04-02 12:14

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为留在地球第三极 它们对身体进行“大改造” 2020-04-01 02:11:07 来源:科技日报 作者:陈海峰 责任编辑:陈海峰 2020年04月01日 02:11 来源:科技日报参与互动

  科学家揭示树麻雀对青藏高原适应机制
  为留在地球第三极 它们对身体进行“大改造”

  被称为地球“第三极”青藏高原虽然有着世界上最严酷高原高寒环境但也有许多生物在那里繁衍生息近日第二次青藏科考高原动物多样性保护和可持续利用专题研究团队研究人员通过对麻雀群体基因组研究结合心肌、飞行肌组织形态特征分析发现麻雀属中种——树麻雀对高原环境有着特殊早期适应机制

  那么树麻雀什么时候开始出现在青藏高原它们在长期演化中如何调整自身结构来适应高原环境?带着这些问题本报记者采访相关专家

  树麻雀跟随人类同上高原

  麻雀文鸟科麻雀属27种小型鸟类统称它们大小、体色十分相近其中树麻雀分布相当广泛除极寒冷南北极和高山荒漠之外世界各地均能看到树麻雀身影树麻雀多活动在有人类居住地方性格活泼但警惕性非常高好奇心也比较强

  那么树麻雀什么时候开始出现在青藏高原呢?

  中国鸟类学会理事、中国科学院西北高原生物研究所副研究员李来兴认为青藏高原隆起后有少生物先于人类在这里出现过树麻雀却与人类相伴出现“我们通过长期研究证实在畜牧业和农耕文化同时存在青藏高原树麻雀筑巢、繁殖、育雏和越冬等生活史基本围绕村落和农田来完成由此我们认为树麻雀这物种在青藏高原出现农耕文化后也就大约3600年前才由低海拔地区扩散到青藏高原”

  李来兴表示很多物种在地理分布上有亚种分化亚种分化由于物种在较小范围内长期适应某种环境其交配产生后代就会形成个地方种群这个地方种群基因相对保守逐渐形成亚种高海拔地区常见树麻雀就在青藏高原地区封闭繁殖种群演化出自有特征后形成适合高原生存亚种

  断进化取得长久“居住证”

  物种如何快速、有效地适应自然环境变化其生存和种群拓殖必要条件

  第二次青藏科考高原动物多样性保护和可持续利用专题研究团队通过对种群遗传结构、历史动态及全基因组性状-基因关联进行分析发现在几千年时间里树麻雀心肌、飞行肌发生明显改变而这些性状直接与适应空气密度低、氧分压低等环境能力相关

  研究人员对树麻雀高、低海拔种群进行群体基因组学比较研究出人意料尽管两种麻雀外在特征显示出高度分化但它们遗传分歧却非常微弱

  这种反差使研究者产生另种联想或许高原树麻雀外在特征改变可能只动物短期应激作用表现为验证这个猜想研究团队对低海拔树麻雀进行为期个月低氧习服(俗称“服水土”)试验研究人员发现低海拔树麻雀心肌、飞行肌相关性状并未呈现出想象中变化可见单纯从机体短期适应环境而做出相应调整角度也未能解释高原树麻雀主要特征变化

  遗传基因并没有出现太大差别短期应激作用也会带来相关性状改变那么树麻雀在适应高原生活过程中所发生系列变化究竟由什么来决定?

  研究人员发现海拔高、低麻雀全基因组上系列和高原适应性性状相关基因(如肌肉发育相关基因)相对于基因组背景有着较高遗传分化而所谓遗传分化就指母代同个特征遗传到子代同个体时出现同表现就像双眼皮母亲其后代也可能出现单眼皮样在两种树麻雀对比试验中研究人员发现多个和表型性状密切相关基因位点同时出现变化这种被称为“多基因效应”作用机制能够帮助驱动高原树麻雀肌肉等表型性状快速改变

  研究团队综合各项研究结果后发现与具有长期适应进化历史鸟类相比树麻雀性状改变可能更多地处于种“亚健康状态”即种多基因效应与生理可塑性改变交汇状态

  李来兴解释说:“树麻雀这种生理变化并非基因突变随着环境变化动物自身调节机制会断地适应新环境带来影响但这定其遗传结构发生变化”

  低海拔麻雀进藏面临哪些挑战

  试想只来自“北上广”地区树麻雀扑扇着小翅膀来到青藏高原“旅游”会出现什么样结果?“低海拔地区树麻雀来到青藏高原后首先和人类样也会有类似高原反应表现为3天之内心跳频率很快第二个变化出现在3天以后麻雀身体内血红细胞密度全面提高几乎达到它生理极限来适应低氧高海拔环境如果树麻雀想要在青藏高原定居还需要机体上进步调整如强化心肌、飞行肌等日积月累这种效应就会在遗传结构上得以巩固这就我们今天看到树麻雀成功扩散到青藏高原艰难进化历程”李来兴如说

  此外高原紫外线强烈广阔草地缺少林木遮挡;草地景观色调单艳丽体色易被天敌发现……由此树麻雀在适应进化过程中羽毛颜色逐渐由棕、黑色变得接近浅黄褐色

  李来兴还介绍在低海拔地区生活树麻雀来到高海拔地区还将面临天敌、诸多病原体等来自生物环境威胁尤其动物与病原体之间斗争已经再单纯“你死我活”而生物物种之间充满智慧博弈最后达成动物与病原体之间协同进化

  相关链接

  高原“原住民”生存技巧

  青藏高原海拔高、地形地貌复杂具有世界上中低纬地区范围最广、面积最大多年冻土区独特地理环境造就青藏高原夏天凉爽多雨、冬天寒冷干燥、紫外线辐射强、空气湿度低等自然环境特点

  据完全统计生长在青藏高原动物中陆栖脊椎动物有1047种其中特有种106种在这些陆栖脊椎动物中哺乳纲有28科206种占全国范围内总种数41.3%;鸟纲有63科678种占全国总种数54.5%

  李来兴表示动物为能够适应青藏高原低氧高海拔环境身体各项适应机制都在充分发挥作用

  研究人员发现作为青藏高原特有物种藏羚羊心脏重量高达214.7克心脏心肌收缩力强、心肌细胞线粒体含量增加等特点都有利于心脏血液快速循环供氧;高原特有物种牦牛肺出现肺脏重量大、肺泡数多、肺部组织中毛细血管网很发达特点这都有助于提高它们在缺氧条件下气体交换机能;生活在山地森林中鸟类也发生心肺质量增加等适应性生理和形态改变以便获得足够氧气本报记者 张 蕴

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