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颠覆入侵的遗传悖论

摘要 绿蟹 Carcinus maenas 被认为是一种全球分布的入侵物种,一种由人类引入的生物体,最终变得人口过剩,对其新环境产生负面影响的可能性增

绿蟹 Carcinus maenas 被认为是一种全球分布的入侵物种,一种由人类引入的生物体,最终变得人口过剩,对其新环境产生负面影响的可能性增加。传统上,人们假设成功的种群具有很高的遗传多样性,或者具有使它们能够适应和繁衍的各种特征。相反,绿蟹与许多成功的入侵种群一样,遗传多样性较低,但仍在世界的新地区迅速传播。

由伍兹霍尔海洋研究所生物学副科学家卡罗琳·特波尔特 (Carolyn Tepolt) 领导的一项新研究正在调查北美西海岸绿蟹的适应机制,尽管遗传多样性极低,但它在过去十年中仍表现出广泛的分布. 该研究最近发表在分子生态学上,是 WHOI、加州大学戴维斯分校、波特兰州立大学和史密森尼环境研究中心之间的合作。

“像这样的入侵物种通常不受欢迎。绿蟹可以与本地物种竞争,撕毁鳗草‘苗圃’,并在有机会收获之前吃掉小贝类。绿蟹可能是生态威胁和经济负担,”特波尔特说。“在这项研究中,我们发现世界上最严重的海洋入侵物种之一已经进化出特定的遗传变异,这可能有助于它非常快速地适应新环境,即使它整体上失去了很多遗传多样性。”

遗传多样性是指 DNA 中个体与个体之间的微小差异,通常会转化为一个物种内的一系列不同的遗传特征。具有高遗传多样性的群体更有可能包括具有广泛不同特征的个体。为了让种群适应不断变化的环境,这种变化可能是至关重要的——或者科学家们经常认为的。入侵物种经常挑战这一假设,尽管由于少数初始殖民者的后裔导致遗传多样性低,但它们仍成功地在新地区传播。

这项研究的重点是在过去 35 年内从单一来源传播的西北太平洋绿蟹种群。备受瞩目的海洋入侵物种,如绿蟹,通常生活在数千公里的海洋中,跨越无数大小不一的环境差异。

Tepolt 和她的团队利用从加利福尼亚中部到不列颠哥伦比亚省 900 多英里的六个西海岸地点,研究了该物种基因组中数千个位置的遗传结构。虽然这个种群相对于其欧洲来源已经失去了大量的整体遗传多样性,但在之前的一项研究中,一段与耐寒性相关的 DNA 似乎在其入侵的西海岸范围内从北到南受到强烈选择。

这可能代表了一种遗传特征——平衡的多态性——尽管基因流动很高,但它进化以促进在可变环境中的快速适应,现在有助于在新环境中成功入侵和传播。研究人员确实偶尔会发现非常成功的种群,它们已经通过了严重的瓶颈,相对于它们的来源,它们的遗传多样性显着降低。这项研究扩大了考虑基因组特定部分的多样性(而不是全基因组多样性)可能在新环境或不断变化的环境中的恢复力方面发挥关键作用的必要性。

“这令人兴奋有两个主要原因。首先,该研究测试了对‘入侵的遗传悖论’的部分解决方案,表明即使在总体遗传多样性较低的群体中,基因组关键部分的变异也允许快速适应。其次,这表明广泛物种的原生范围内的高基因流动可能会产生进化机制,就像这个机制一样,为该物种在新环境中传播时提供快速适应变化的基础,”Tepolt 解释说。

识别入侵物种的传播也可能是非科学家的工作。随着气候变化以及人类在全球范围内搬运物品的能力越来越强,物种有更多的潜力来搭便车并扩展到新的环境中。Tepolt 说,重要的是要留意线索、环境变化以及他们以前从未去过的地方可能出现的新物种。她建议抓住机会告诉官员和研究人员海岸线上是否有异常情况。海滩和船坡道上可能会有指示牌,要求人们留意特定物种并提供联系方式。如果某个地区第一次突然出现绿色螃蟹,例如在萨利希海的西海岸和阿拉斯加,它们可能不应该在那里,而应该报告。