基因组分析揭示太平洋棘冠海星暴发为本地起源：对珊瑚礁管理的启示

本研究通过低覆盖度全基因组测序分析247个棘冠海星样本，首次证实太平洋棘冠海星(COTS)暴发为本地起源而非跨洋扩散，揭示其种群分化为夏威夷、法属波利尼西亚和西太平洋三大谱系，并发现当前有效种群规模(Ne)达百万年峰值。研究解决了关于COTS暴发传播机制的长期争议，为珊瑚礁保护提供关键科学依据。

　　

珊瑚礁作为海洋生物多样性的巅峰，支撑着全球三分之一的海洋物种，却正面临前所未有的生存危机。在气候变化导致的大规模白化事件之外，棘冠海星（Crown-of-thorns seastars, COTS）的周期性暴发已成为珊瑚衰退的第二大元凶。这种贪婪的捕食者能在短时间内摧毁整片珊瑚群落，但关于其暴发机制的科学争议已持续半个多世纪——究竟是人为因素诱发了暴发，还是自然现象？暴发种群能否通过幼虫跨洋扩散形成"连锁反应"？

为解开这些谜团，关岛大学海洋实验室（University of Guam Marine Laboratory）的Carlos Leiva团队联合国际研究小组，在《BMC Biology》发表了一项突破性研究。研究人员创新性地利用公开的247个COTS低覆盖度全基因组数据（平均深度9.5X），通过群体基因组学与系统发育分析相结合的策略，揭示了太平洋棘冠海星(Acanthaster cf. solaris)种群动态的惊人真相。

研究主要采用三大技术方法：1) 基于BWA-MEM2的全基因组比对与ANGSD变异检测，处理7.1百万个SNP；2) 使用RAiSD算法检测选择清除信号；3) 整合StairwayPlot2和GONE软件重建百万年种群历史。样本覆盖越南至夏威夷等11个太平洋区域，包括3个A. cf. ellisii个体作为外群对照。

三大谱系揭示地理隔离

群体结构分析显示太平洋COTS分化为三个主要谱系：夏威夷谱系呈现最高近交系数（ROH长度比其他谱系长3倍），法属波利尼西亚谱系具有中等遗传多样性，而西太平洋谱系最为多样化（θ值显著更高）。值得注意的是，即使相距仅750公里的日本冲绳与鹿儿岛种群也显示显著遗传分化（F_ST=0.012, p<0.001），这彻底否定了"幼虫跨洋扩散引发次级暴发"的传统观点。

适应性进化证据

选择清除分析发现各谱系承受不同的选择压力：西太平洋群体在支架1和21上检测到与免疫相关的RUFY2和MFGE8基因的选择信号；法属波利尼西亚群体在支架65的PKS1（多酮合酶）基因附近呈现强烈选择信号；而夏威夷群体则在发育相关基因MEGF6和MEGF11区域表现出适应性进化特征。

百万年种群历史重建

通过阶梯式分析发现，当前COTS种群的有效规模（Ne）正处于百万年来的峰值。西太平洋谱系在全新世初期（约1.2万年前）开始扩张，而夏威夷和法属波利尼西亚谱系在距今600-2000年间突然增长，与人类活动加剧时期高度吻合。特别值得注意的是，法属波利尼西亚种群在近100年内Ne达到370万，是末次盛冰期时期的80倍。

分类学新见解

系统发育分析挑战了现有分类体系：夏威夷种群构成独立进化支，可能代表新物种；而东太平洋的A. cf. ellisii与法属波利尼西亚种群构成姐妹群，使其物种地位存疑。研究建议对太平洋COTS进行全面的分类学修订。

这项研究从根本上改变了我们对珊瑚礁顶级捕食者生态的认知。证实COTS暴发具有本地化特征，意味着通过控制陆地径流污染、减少过度捕捞等区域管理措施可能有效预防暴发。同时，种群规模的异常扩张暗示人类活动可能通过"退化珊瑚假说"的反馈机制，无意中创造了更利于COTS繁殖的生态条件。研究成果为制定基于实证的珊瑚礁保护策略提供了基因组学框架，凸显了整合进化生物学与保护实践的迫切需求。