人類活動(dòng)正在以前所未有的速度改變環(huán)境。植物和動(dòng)物種群必須努力跟上這些人類加速的變化，通常是通過試圖快速進(jìn)化出對(duì)不斷變化的條件的耐受性。

俄克拉荷馬大學(xué)的研究人員、生物學(xué)教授勞倫斯·韋德(Lawrence Weider)和生物學(xué)博士候選人馬修·韋爾塞貝(Matthew Wersebe)通過對(duì)來自污染湖泊的水生甲殼類動(dòng)物水蚤種群的基因組進(jìn)行測(cè)序，證明了快速進(jìn)化。

這項(xiàng)研究是作為Wersebe博士論文的一部分進(jìn)行的，最近發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。Wersebe和Weider從湖泊沉積物中恢復(fù)了幾十年前的水蚤休息卵，這種方法被稱為復(fù)活生態(tài)學(xué)，在過去的幾十年里，Weider的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)改進(jìn)了這種方法。然后，他們對(duì)來自不同時(shí)間點(diǎn)的54個(gè)不同水蚤個(gè)體的整個(gè)基因組進(jìn)行了測(cè)序，使他們能夠研究種群的遺傳學(xué)和進(jìn)化。

水蚤是從位于明尼蘇達(dá)州奧克代爾的坦納斯湖收集的。坦納斯湖遭受了嚴(yán)重的鹽污染，這是由于在其流域廣泛使用道路除冰鹽。

水蚤，也稱為水蚤，在環(huán)境監(jiān)測(cè)中起著至關(guān)重要的作用。例如，一個(gè)多世紀(jì)以來，它們一直是世界各地實(shí)驗(yàn)室中重要的測(cè)試生物，因?yàn)樗鼈儗?duì)化學(xué)品等許多環(huán)境壓力源敏感。在自然界中，水蚤是全球淡水食物網(wǎng)中的關(guān)鍵物種，它們以藻類為食，以幫助保持湖泊和水庫(kù)水的清潔，并作為休閑和商業(yè)重要魚類的食物。

Wersebe和Weider的結(jié)果表明，快速適應(yīng)鹽污染可能使水蚤湖在面對(duì)人為鹽堿化時(shí)持續(xù)存在，維持水蚤支持的食物網(wǎng)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。然而，這些人群的適應(yīng)能力將取決于這些變化發(fā)生的速度以及受影響種群的潛在基因組成。

在過去的幾年里，許多研究人員發(fā)表了確定湖泊鹽堿化范圍和規(guī)模的結(jié)果，最近的研究強(qiáng)調(diào)了生態(tài)影響。然而，迄今為止，進(jìn)化的影響尚不清楚。通過他們的研究，Wersebe和Weider報(bào)告了整個(gè)基因組中與滲透調(diào)節(jié)和離子調(diào)節(jié)相關(guān)的基因附近的自然選擇特征，這是處理高鹽的關(guān)鍵過程。對(duì)克隆的耐鹽性進(jìn)行了表征，揭示了遺傳變化可能是快速進(jìn)化的基礎(chǔ)的證據(jù)。

“像這樣的工作是設(shè)計(jì)未來研究的第一步，結(jié)合最近的技術(shù)進(jìn)步，如CRISPR基因編輯，允許創(chuàng)建全面的基因型到表型圖譜，并預(yù)測(cè)遺傳變異在創(chuàng)造多樣化形式和功能中的作用，”Wersebe說。“事實(shí)上，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有前途的基因，它似乎在較老的水蚤中不能正常工作，但該基因的功能拷貝正在頻率增加 - 真正的進(jìn)化在行動(dòng)。

使用這些先進(jìn)技術(shù)將非功能性基因剪切并粘貼到水蚤中的未來研究將是更好地探索突變對(duì)復(fù)雜表型性狀(如耐鹽性)的影響的一種方法。