海洋生物可能会适应气候变化，但会有隐性代价

一项史无前例的研究表明，一些海洋动物或许能够通过进化来摆脱气候变化带来的麻烦——但代价高昂。通过人工进化海洋桡足类动物Acartia tonsa 23代，一组科学家发现，这种微小的生物可以适应高温和二氧化碳水平预测的变暖的海洋。但为了达到这一目标，种群必须花费大量的基因灵活性，这使得它们容易受到新的压力，比如食物不足。

　　

   

   

图片:桡足类是一种小型甲壳类动物，几乎在所有淡水和海洋栖息地都能找到——它们可能是海洋中数量最多的动物。UVM的科学家们研究了其中的一种——Acartia tonsa，如图所示——以测试它们如何应对气候变化。UVM / Pespeni实验室

假设我们可以观察20代鲸鱼或鲨鱼适应气候变化的过程——测量它们是如何进化的，以及随着温度和二氧化碳水平的上升，它们的生物结构是如何变化的。这可以告诉我们，海洋生物对一个更温暖的世界有多大的适应能力。但是，这也需要数百年的时间——这对科学家或决策者试图了解当今日益变暖的世界没有多大用处。

相反，考虑一下桡足动物阿卡迪亚tonsa的生活，这是一种微小而卑微的海洋生物，位于食物网的底部。它在大约20天内繁殖、成熟并创造出新一代。桡足类动物大约一年内要经历二十代。

由佛蒙特大学生物学家梅丽莎·佩斯彭尼和博士后科学家里德·布伦南领导的六名科学家团队就这样做了:在首次的实验室实验中，他们将数千只桡足类动物暴露在高温和高二氧化碳水平下，这是预测海洋未来会出现的情况。看着20代人过去。然后他们取了一些桡足类动物，并将它们恢复到基线状态——第一代开始时的温度和二氧化碳水平，就像今天的海洋状况一样。然后他们继续观察三代人的过去。

研究结果发表在《自然通讯》杂志上，“表明了希望，”Pespeni说，“但也表明了生命如何应对气候变化的复杂性。”

可塑性的代价

她的希望来自于团队的观察，即桡足类动物并没有在气候变化的条件下死亡。相反，它们持续存在，甚至茁壮成长。的科学家们UVM;康涅狄格大学;德国赫姆霍尔兹海洋研究中心;科罗拉多大学博尔德博士记录了桡足类动物基因的许多变化，这些变化与它们如何应对热应激、在更酸性的水中生长骨骼、产生能量以及其他受气候变化影响的细胞过程有关。这表明这些生物的基因组成——利用自然种群中存在的变异——有能力适应超过20代，进化以保持它们在急剧变化的环境中的适应能力。该小组的观察结果支持了这样一种观点，即桡足类——一种全球分布的甲壳类动物，被许多具有重要商业价值的鱼类所食用——可能能够适应人类使用化石燃料导致的海洋前所未有的快速变暖和酸化。

这种复杂性——“这真的是一个警告，”Pespeni说——来自于研究小组对回到基线状态的桡足类动物的观察。这些生物揭示了前20代适应环境的隐藏代价。这种帮助桡足类动物进化超过20代的灵活性——科学家们称之为“表型可塑性”——在它们试图回到以前的良性环境时被侵蚀了。从某种意义上说，“回家”后，桡足类动物的健康状况变差，繁殖的数量也减少了。经过三代之后，它们能够重新进化到它们祖先的状态——但它们已经失去了忍受有限食物供应的能力，并对其他新形式的压力表现出较弱的恢复能力。

“如果桡足类动物或其他生物不得不走这条适应道路，用一些基因变异来应对气候变化，它们是否能够忍受一些新的环境压力，环境中的其他变化?”Pespeni奇迹。桡足类是被预测能够适应快速气候变化的众多物种中的一种，这项由美国国家科学基金会支持的新研究支持了这一观点。

“但是我们需要小心过于简单的模式物种会和哪些将持续到未来,只看一个变量,”里德说,布伦南在梅丽莎Pespeni完成这项研究的实验室在佛蒙特大学的,现在是GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心在基尔,德国。科学家们对桡足类动物的新研究指出了一个关于复杂进化经济的更大真相:在一个突然变热的世界里，快速进化可能会带来无法预见的代价。