北极藤壶基因组证据揭示：北大西洋物种在"大西洋化"之前已成功殖民斯瓦尔巴群岛

本研究针对北极生态系统"大西洋化"(Atlantification)背景下，通过全基因组测序技术解析北方藤壶(Semibalanus balanoides)在斯瓦尔巴群岛的殖民历史。研究人员通过群体遗传学分析发现，该物种早在全新世气候最适宜期(Holocene Thermal Optimum, HTO)就已自然殖民北极地区，而非近期人为气候变化的产物。这一发现为理解北极生物区系形成历史提供了重要基因组证据。

　　

北极地区正在经历的"大西洋化"(Atlantification)过程是当前极地研究的热点话题。随着温暖的大西洋海水持续涌入北极，整个生态系统正在发生深刻变化——从物理化学环境到生物群落结构都在向大西洋型生态系统转变。在这一背景下，许多北方物种开始向高纬度扩张，重新塑造着北极生物区系的面貌。然而，一个关键科学问题长期悬而未决：现今北极生态系统中观察到的北方物种，究竟是近期气候变化的结果，还是更早地质时期自然殖民的遗留？

北方藤壶(Semibalanus balanoides)为这一科学问题提供了理想的研究模型。这种广泛分布于北大西洋的潮间带甲壳动物，早在20世纪初就被记录存在于斯瓦尔巴群岛。它具有高度扩散能力：既具有浮游幼虫阶段，又能通过附着漂浮物进行长距离扩散。传统观点认为，这类北方物种在北极的出现可能是当代气候变化或人类活动促进的结果。但Hedvig Kriszta Csapó等研究者提出了另一种可能：这些物种或许在更早的地质时期就已成功殖民北极。

为验证这一假说，研究团队采用了低覆盖度全基因组测序技术，对来自18个地理位置的76个S. balanoides个体进行了群体基因组分析。样本覆盖了从英国、斯堪的纳维亚到斯瓦尔巴群岛的北大西洋-北极关键区域。通过严谨的生物信息学流程，研究者最终获得了100,413个经过严格质量控制和连锁不平衡(LD)修剪的高质量SNP位点，为后续分析奠定了数据基础。

群体结构分析揭示了令人惊讶的地理格局。主成分分析(PCA)和群体遗传结构分析均表明，斯瓦尔巴群岛(SPI)和比约恩岛(BJO)的个体形成了独立的遗传群体(SVA)，与欧洲大陆群体(EUR)明显分化，而冰岛(ICE)和法罗群岛(FAR)群体则呈现中间状态。这种显著的地理结构与该物种高度扩散的生活史特征形成鲜明对比。

群体遗传学指标进一步支持了早期殖民假说。斯瓦尔巴群体(SVA)和欧洲群体(EUR)表现出相似的核苷酸多样性水平，但均呈现负值的Tajima's D，暗示历史上可能经历过种群扩张。相比之下，冰岛群体(ICE)的遗传多样性略低，Tajima's D接近中性预期。这些模式与近期快速殖民导致的遗传瓶颈预期不符，反而支持了长期稳定存在的种群历史。

通过fastsimcoal2进行的模型选择分析最终确认了最优的种群历史场景。计算表明，斯瓦尔巴群体(SVA)与欧洲群体(EUR)的分化发生在约7468代前（按该物种一年一代计算），而其共同祖先与冰岛群体(ICE)的分化则要追溯到约21011年前。这一时间框架将斯瓦尔巴殖民事件定位在全新世气候最适宜期(HTO)，远早于人类活动对气候产生显著影响的时期。

研究还发现了一些当代基因流的迹象。斯瓦尔巴群体在PCA中呈现向欧洲群体倾斜的遗传梯度，这可能反映了当前"大西洋化"过程促进的基因交流。然而，这种当代过程显然不足以解释该群体整体的遗传分化模式。

这项发表在《Heredity》的研究具有多重重要意义：首先，它证明北极生态系统中的某些北方物种可能是更早气候波动时期的遗留，而非当代气候变化的直接产物；其次，研究展示了全基因组数据在解析物种殖民历史方面的强大分辨力，即使对于高扩散能力的海洋生物也能揭示精细的种群结构；最后，研究为理解北极生物区系的形成历史提供了新视角，强调需要区分不同地质时期的殖民事件。

该研究的发现也引发了一系列值得深入探讨的问题：为何与S. balanoides生态相似的蓝贻贝(Mytilus edulis)表现出完全不同的殖民历史？北极不同物种对气候变化的响应是否存在系统差异？这些问题的解答将有助于更全面地预测北极生态系统对未来气候变化的响应轨迹。