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PNAS:鲑鱼只需一代就可发生进化

2011/12/21 来源:生物探索
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导读
进化并不总是需要成百上千年的。对于鲑鱼来说,孵化场对它们的影响很大,只在短短一代时间之内,它们的某些性状就会被选择,基因发生改变,从而使得它们能够顺利在孵化场环境中生存下来,并繁荣发展。

鲑鱼一代进化

发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究显示,出生在孵化场的鲑鱼,只经历一代的时间,就可以进化。它们基因组成的变化是如此之大,以至于使得它们有时候无法与野生鱼类繁育。

这项研究的主要作者说,这项令人吃惊的发现表明,进化并不总是需要成百上千年的。对于鲑鱼来说,孵化场对它们的影响很大,只在短短一代时间之内,它们的某些性状就会被选择,基因发生改变,从而使得它们能够顺利在孵化场环境中生存下来,并繁荣发展。

“我们已经知道,有些时候,孵化出生的鱼在野外不能够成功生存和繁殖。”俄勒冈州立大学的动物学教授迈克尔•布劳因说。“然而,到现在为止,我们也不清楚为什么会这样。这项研究表明,孵化场中激烈的进化压力加速了对于生存在这里的‘优秀’的鱼类的选择,而降低了它们在野外繁殖成功的能力。”

这些研究结果基于科学家对生活在俄勒冈州胡德河的虹鳟进行19年的遗传分析得出。它研究了为什么孵化的鲑鱼被放回野外时,生存繁殖都显得格外艰难。

当成千上万的小鲑鱼在人工孵化环境中出生时,生存得最好的是那些能够良好应对孵化环境的。但是当它们重返野外时,帮助它们在孵化场中生存的性状对它们不再起到作用,它们产生出可生存后代的数量大大降低。

孵化场中的鲑鱼

生活在孵化场中的鲑鱼放回野外后生存能力降低

“我们本来预计是在多代之后才看到这其中的一些变化。”俄勒冈州立大学的研究员、研究的领导作者马克•克里斯蒂说。“但是现在经过一代就可以看到这些变化了,这真是令人吃惊。看来进化并不总是要经过上千年的。”

在这数千只出生于孵化场的小鲑鱼中,究竟是什么形状被选择,科学家尚不明确,但是他们可以确定的一个是容忍极端拥挤的能力。如果研究可以准确地确定孵化操作的哪一个环节导致鲑鱼在野外体能降低,科学家就能够想办法解决这个问题。

一直以来,孵化场的管理者都倾向于使用出生在孵化场的鲑鱼用作种鱼来产生下一代,因为不管它们具有什么样的性状,都会使它们成功地在孵化场繁殖出数千只健康的小鲑鱼。但是他们后来发现,这些同样的鱼被释放到野外后,它们能够生存和繁殖的成功性都比那些出生于野外的鲑鱼要低。

每年,国家都有数亿人工饲养的鲑鱼被有意释放到野外,为了增加渔业产量,同时也增加种群数量。这项研究中的虹鳟属于濒危物种,国家对它们的复原计划就包括补充孵化鲑鱼。

“能否将对虹鳟的研究结果推广到其他孵化场或鲑鱼物种,还有待观察。”布劳因教授说。“不过,这表明孵化场可以在短时间内迅速产生与野生鱼类基因不同的鱼。现在的挑战是确定被选择的性状,来看看我们是否可以减缓驯化率。”


PNAS:鲑鱼只需一代就可发生进化 参考文献

Genetic adaptation to captivity can occur in a single generation

Mark R. Christiea, Melanie L. Marinea, Rod A. Frenchb, and Michael S. Blouina

Captive breeding programs are widely used for the conservation and restoration of threatened and endangered species. Nevertheless, captive-born individuals frequently have reduced fitness when reintroduced into the wild. The mechanism for these fitness declines has remained elusive, but hypotheses include environmental effects of captive rearing, inbreeding among close relatives, relaxed natural selection, and unintentional domestication selection (adaptation to captivity). We used a multigenerational pedigree analysis to demonstrate that domestication selection can explain the precipitous decline in fitness observed in hatchery steelhead released into the Hood River in Oregon. After returning from the ocean, wild-born and first-generation hatchery fish were used as broodstock in the hatchery, and their offspring were released into the wild as smolts. First-generation hatchery fish had nearly double the lifetime reproductive success (measured as the number of returning adult offspring) when spawned in captivity compared with wild fish spawned under identical conditions, which is a clear demonstration of adaptation to captivity. We also documented a tradeoff among the wild-born broodstock: Those with the greatest fitness in a captive environment produced offspring that performed the worst in the wild. Specifically, captive-born individuals with five (the median) or more returning siblings (i.e., offspring of successful broodstock) averaged 0.62 returning offspring in the wild, whereas captive-born individuals with less than five siblings averaged 2.05 returning offspring in the wild. These results demonstrate that a single generation in captivity can result in a substantial response to selection on traits that are beneficial in captivity but severely maladaptive in the wild.

文献链接:http://www.pnas.org/content/early/2011/12/14/1111073109.full.pdf+html?sid=c5971241-aea0-4d19-9edf-8a0eaac1cfd1

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