魚類通過調整生理機能適應海洋酸化

　　人類驅動的全球變化正在挑戰科學界，讓他們了解在不久的將來海洋物種可能如何適應預測的環境條件(例如缺氧、海洋變暖和海洋酸化)。海洋吸收大氣中人為二氧化碳的影響(即海洋酸化)傳播到整個生物層次，從納米尺度上的生命組成部分的變化到通過生態系統過程及其特性的有機體、生理和行為。

　　為了在pH值降低的環境中生存，海洋生物必須調整它們的生理機能，這在分子水平上是通過修改基因的表達來實現的。對這種基因表達變化的研究有助于揭示未來海洋酸化條件下生命的適應機制。

　　利用天然實驗室

　　在這個星球上，有幾個地方的火山活動使二氧化碳從海底冒出來，創造了與預測在不久的將來將在大洋上發生的情況相似的條件。這樣的自然實驗室可以幫助我們了解在未來海洋酸化的情況下海洋生物會發生什么。因此，香港大學(港大)生態及生物多樣性研究部及太古海洋科學研究所的研究人員，聯合阿德萊德大學的研究人員，前往新西蘭一個名為白島的偏遠火山島。他們收集了CO₂滲漏處和附近地點的樣本，分析了一種魚類(普通三鰭魚)的分子數據，并利用生態證據證明它們成功地適應了CO₂火山噴口的酸化環境。研究結果發表在同行評議的開放獲取期刊《進化應用》上。

　　通過物種突變研究進化機制

　　研究發現，生活在pH值較低的二氧化碳排放口的魚，其性腺的基因表達水平高于那些生活在控制環境中(環境中有二氧化碳和pH值)的魚。這些基因大部分參與了維持pH穩態、增加新陳代謝和下游生物過程的調節功能，揭示了魚類需要調整以適應低pH環境的重要過程。有趣的是，主要是雄性魚有這種表情標志，暗示繁殖的后果，因為雄性提供親代照顧的巢穴。

　　當研究這些基因的實際序列和它們的基因變異時，作者發現了長期自然選擇過程的證據。這種基因變化，我們稱之為突變，為魚類提供了適應酸化環境的優勢，它位于調控基因表達的DNA序列中。這些調控序列的突變在環境pH值環境中不會影響攜帶它們的個體的適應性，但它們可能會在pH值降低的環境中進行微調的生理調節。這種DNA調控序列的長期遺傳變異可能為魚類對近期海洋酸化的適應潛力提供了依據。

　　此外，作者提出了一種進化機制，通過這種適應海洋酸化的潛力可以在魚類自然種群中保持。因此，很可能與普通三鰭魚的情況類似，許多魚類種群中已經存在允許在pH值略有降低或變化的環境中生存的遺傳變異。魚類的高度分散的幼蟲促成了這種遺傳變異在種群之間的流動。因此，基因表達調控序列的遺傳變異可以有效地調節對pH降低的生理響應，為近期海洋酸化加劇下的適應性自然選擇提供原料。

　　“這項研究的發現表明，就海洋物種對未來環境條件變化的反應能力而言，其中一個更相關的因素是它們當前的基因變異。”因此,評估不同海洋物種的遺傳多樣性水平是最重要的,和我們目前的工作,“Natalia PETIT-MARTY博士說,這篇論文的第一作者和博士后博士為首的西莉亞SCHUNTER生態和生物多樣性研究部門&太古海洋科學研究所港大。

　　“我們很幸運能參觀這些偏遠的地方，讓我們得以一窺海洋未來的樣子。”適用,以確保我們的發現在不同的海洋生態系統,我們還去過二氧化碳通風口在巴布亞新幾內亞的熱帶珊瑚礁和暗礁巖石在地中海,并將繼續我們的研究自適應潛在海洋酸化的海洋魚類,”西莉亞SCHUNTER博士補充道,香港大學生態研究部及太古海洋科學研究所助理教授