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大卫·兰伯特是一位澳大利亚进化生物学家,2018年他在南极洲一个企鹅栖息地采集企鹅血样。他在追赶企鹅时,不小心滑了一跤,待到他爬起来时,突然发现他正站在一个巨大的墓地里,周围尽是企鹅的尸体。他几乎是在尸体做成的肉垫上行走。
兰伯特意识到,他幸运地发现了一个深度冷藏的“档案馆”。而这些遗体属于安德烈企鹅,使得这批“档案”弥足珍贵。
安德烈企鹅与众不同的特点
让这批“档案”珍贵的,是安德烈企鹅生活习性上三个与众不同的特点。
首先是它们的栖息地。不同于帝企鹅(另外一种南极企鹅),安德烈企鹅需要在裸露的地面筑巢,不能在冰上筑巢。筑巢地点能方便进入大海,并且这片海域要有充足的食物。所以,如果你找到了一块安德烈企鹅的栖息地,就可以知道在它存在的那个年代,这里应该是没有冰的陆地。
其次,实行一夫一妻制的安德烈企鹅在每年10月,当南极的夏天来临时,就会从其他地方回来,重新团聚,重建巢穴。一个群落规模非常大,由数十万对“夫妻”组成。在接下来的几周里,垃圾堆积起来了:有鸟粪、蛋壳、腐烂的食物残渣,也有死去的小企鹅和成年企鹅的尸体。
一旦雏鸟长出羽毛,幸存者就会离开,明年夏天再返回,如此循环往复。它们通常会持续几个世纪年复一年地回到同一地点筑巢。通过这种方式,安德烈企鹅一代又一代在无意中积累下历史悠久的“档案”,有些“档案”最长可达5万年之久。5万年前,那个时候人类还处于石器时代呢!
最重要的是第三个特点。安德烈企鹅这一物种至今仍在地球上活着,不像其他留下了冰冻遗骸的动物,很多都已灭绝(如猛犸象),所以科学家拿古代的样本(死去的企鹅)与现代的样本(活着的企鹅)进行比较,揭示它们生活环境的演变。
安德烈企鹅与环境气候
由于安德烈企鹅的这些与众不同的特点,它们的栖息地对南极的过去、现在和未来的环境提供了丰富的研究资料。譬如,提供有关过去气候条件、冰架和海冰变化、历史上人类活动(如捕鲸)的影响,甚至进化机制本身的线索。
在20世纪90年代中期,意大利一个研究小组用放射性碳年代测量法测定了罗斯海沿岸被企鹅遗弃的一块栖息地的年代,他们发现,在距今3000—4000年前安德烈企鹅群有过一次大繁荣。通过与南极冰芯所记录的古代历年的温度变化进行比较,他们又发现,这次繁盛期与冰芯记录的气候回暖期(又叫“间冰期”)在时间上刚好吻合,这表明繁盛的原因要归功于当时冰川的消退,因为这样,安德烈企鹅就更容易从栖息地跑到海里觅食。
随后,科学家重建了从4.4万年前,即最近一次“间冰期”以来安德烈企鹅生活的画面。让人惊讶的是,这些罗斯海岸的栖息地在大约27000—13000年前并不存在。这一情况又与上一个冰期相对应,因为当时世界上最大的冰架——罗斯冰架——正在扩张。在冰架扩张期间,这些地方被冰川所覆盖,远离海岸,不适合被选作安德烈企鹅的栖息地。所以,直到在距今3000-4000年前气候变暖,冰架消退后,安德烈企鹅才到这些地方筑巢。
从企鹅垃圾中考古
虽然安德烈企鹅在栖息地留下了一大片硬邦邦的尸体,不过对于研究环境变迁,有用的倒不是这些尸体,而是它们留下的那些臭烘烘的垃圾:粪便、食物残渣和蛋壳等。
仔细筛选企鹅粪,你会得到一些鱿鱼嘴、鱼骨头和“耳石”(鱼的内耳中细小的石头状结构)。这些东西为我们提供了有关安德烈企鹅的猎物大小、丰富程度以及这一切是怎么随着时间推移变化的线索。耳石中某些同位素的比例还可以揭示这些鱼生活年代海洋的表面温度。
企鹅粪中还含有食物的DNA,这是打开古代生态的一扇窗口。因为企鹅们四处觅食,它们就像四处活动的“侦察兵”,栖息地附近的任何生态变化都能反映在它们所吃的食物上。例如,研究人员正在对一系列企鹅粪层的DNA进行测序,以便了解安德烈企鹅的饮食结构是如何变化的,由此又可以深入了解过去3万年中安德烈企鹅与猎物之间的关系。
历史上人类的活动也留下了印记。研究人员对古企鹅蛋壳同位素的分析表明,在200—300年前,安德烈企鹅吃鱼少了,吃磷虾多了。而据探险家留下的历史文献,正是大约200多年前,南极附近的岛屿上出现了海熊和象海豹,导致捕猎者蜂拥而至,随后又是商业捕鲸者。海熊、象海豹和鲸都是磷虾的主要掠食者,对这些动物的大规模杀戮,使得磷虾的数量激增,从而也改变了安德烈企鹅的饮食结构。
把所有这些零零碎碎的东西放在一起,有助于我们预测企鹅以及南极对未来人类活动和气候变化的影响。例如,研究人员最近绘制了南极洲最大的一块安德烈企鹅栖息地的变化图。该栖息地位于罗斯海北部的阿达尔角海岸,大约建立于2000年前,大约1200年前扩张到现在面积的两倍,后来又萎缩了。栖息地最大时一度延伸到岸边高地的一块岩石滩上,后来随着栖息地的萎缩这块岩石滩被遗弃了。未来50年内海平面的上升可能会淹没阿达尔角的栖息地,安德烈企鹅可能会再次移到这块岩石滩上。
从企鹅尸体考古
前面谈的都是如何在安德烈企鹅留下的垃圾中做文章,这些垃圾是研究南极生态变化的好材料,而那些企鹅的遗体则为我们探究进化提供了一个独特的机会。最近,兰伯特和他的同事就从安德烈企鹅的DNA入手,研究安德烈企鹅进化的历史。
由于南极洲是地球上最冷、最干燥的地方,为保存DNA提供了理想的条件。兰伯特和他的同事从生活于6000年前的企鹅和现今活着的企鹅身上提取DNA,研究了某些等位基因随着时间的推移是如何表现的。他们发现,有些等位基因已经扩散至现今存在的整个种群,而另一些则已消失不见。
兰伯特将这一现象与不同安德烈企鹅群落的杂交联系起来。他猜测,也许是因为巨大的冰山限制了它們的活动,迫使不同的安德烈企鹅群落混住在一起。通过种群之间的杂交,一些“好”的等位基因扩散开来,而另一些“不好”的等位基因被自然淘汰了。
能看到6000年内单个物种DNA的进化,这对于我们尚属首次。兰伯特和他的同事计划对更多死企鹅的基因组进行测序,并将与它们活着的后代的基因组进行比较,看看自然选择在几千年的时间跨度上是如何塑造基因的,以及这与不断变化的环境有什么关系。
等位基因
生物的形态、结构、生理特征称为性状,比如人的眼睑形态就是一种性状。这种性状有不同的表现形式:一种是双眼皮,一种是单眼皮。其中单眼皮为隐性,双眼皮为显性。我们把它们称为相对性状。性状又是由基因控制的,控制显性性状的为显性基因(用大写字母,如A),控制隐性性状的为隐性基因(用小写字母,如a)。
我们知道,基因在体细胞DNA上成对出现,所谓的等位基因是指在DNA相同位置上控制着相对性状的一对基因,比如上面的控制双眼皮的基因和控制单眼皮的基因就是一对等位基因。等位基因,一个来自父方,一个来自母方。
兰伯特意识到,他幸运地发现了一个深度冷藏的“档案馆”。而这些遗体属于安德烈企鹅,使得这批“档案”弥足珍贵。
安德烈企鹅与众不同的特点
让这批“档案”珍贵的,是安德烈企鹅生活习性上三个与众不同的特点。
首先是它们的栖息地。不同于帝企鹅(另外一种南极企鹅),安德烈企鹅需要在裸露的地面筑巢,不能在冰上筑巢。筑巢地点能方便进入大海,并且这片海域要有充足的食物。所以,如果你找到了一块安德烈企鹅的栖息地,就可以知道在它存在的那个年代,这里应该是没有冰的陆地。
其次,实行一夫一妻制的安德烈企鹅在每年10月,当南极的夏天来临时,就会从其他地方回来,重新团聚,重建巢穴。一个群落规模非常大,由数十万对“夫妻”组成。在接下来的几周里,垃圾堆积起来了:有鸟粪、蛋壳、腐烂的食物残渣,也有死去的小企鹅和成年企鹅的尸体。
一旦雏鸟长出羽毛,幸存者就会离开,明年夏天再返回,如此循环往复。它们通常会持续几个世纪年复一年地回到同一地点筑巢。通过这种方式,安德烈企鹅一代又一代在无意中积累下历史悠久的“档案”,有些“档案”最长可达5万年之久。5万年前,那个时候人类还处于石器时代呢!
最重要的是第三个特点。安德烈企鹅这一物种至今仍在地球上活着,不像其他留下了冰冻遗骸的动物,很多都已灭绝(如猛犸象),所以科学家拿古代的样本(死去的企鹅)与现代的样本(活着的企鹅)进行比较,揭示它们生活环境的演变。
安德烈企鹅与环境气候
由于安德烈企鹅的这些与众不同的特点,它们的栖息地对南极的过去、现在和未来的环境提供了丰富的研究资料。譬如,提供有关过去气候条件、冰架和海冰变化、历史上人类活动(如捕鲸)的影响,甚至进化机制本身的线索。
在20世纪90年代中期,意大利一个研究小组用放射性碳年代测量法测定了罗斯海沿岸被企鹅遗弃的一块栖息地的年代,他们发现,在距今3000—4000年前安德烈企鹅群有过一次大繁荣。通过与南极冰芯所记录的古代历年的温度变化进行比较,他们又发现,这次繁盛期与冰芯记录的气候回暖期(又叫“间冰期”)在时间上刚好吻合,这表明繁盛的原因要归功于当时冰川的消退,因为这样,安德烈企鹅就更容易从栖息地跑到海里觅食。
随后,科学家重建了从4.4万年前,即最近一次“间冰期”以来安德烈企鹅生活的画面。让人惊讶的是,这些罗斯海岸的栖息地在大约27000—13000年前并不存在。这一情况又与上一个冰期相对应,因为当时世界上最大的冰架——罗斯冰架——正在扩张。在冰架扩张期间,这些地方被冰川所覆盖,远离海岸,不适合被选作安德烈企鹅的栖息地。所以,直到在距今3000-4000年前气候变暖,冰架消退后,安德烈企鹅才到这些地方筑巢。
从企鹅垃圾中考古
虽然安德烈企鹅在栖息地留下了一大片硬邦邦的尸体,不过对于研究环境变迁,有用的倒不是这些尸体,而是它们留下的那些臭烘烘的垃圾:粪便、食物残渣和蛋壳等。
仔细筛选企鹅粪,你会得到一些鱿鱼嘴、鱼骨头和“耳石”(鱼的内耳中细小的石头状结构)。这些东西为我们提供了有关安德烈企鹅的猎物大小、丰富程度以及这一切是怎么随着时间推移变化的线索。耳石中某些同位素的比例还可以揭示这些鱼生活年代海洋的表面温度。
企鹅粪中还含有食物的DNA,这是打开古代生态的一扇窗口。因为企鹅们四处觅食,它们就像四处活动的“侦察兵”,栖息地附近的任何生态变化都能反映在它们所吃的食物上。例如,研究人员正在对一系列企鹅粪层的DNA进行测序,以便了解安德烈企鹅的饮食结构是如何变化的,由此又可以深入了解过去3万年中安德烈企鹅与猎物之间的关系。
历史上人类的活动也留下了印记。研究人员对古企鹅蛋壳同位素的分析表明,在200—300年前,安德烈企鹅吃鱼少了,吃磷虾多了。而据探险家留下的历史文献,正是大约200多年前,南极附近的岛屿上出现了海熊和象海豹,导致捕猎者蜂拥而至,随后又是商业捕鲸者。海熊、象海豹和鲸都是磷虾的主要掠食者,对这些动物的大规模杀戮,使得磷虾的数量激增,从而也改变了安德烈企鹅的饮食结构。
把所有这些零零碎碎的东西放在一起,有助于我们预测企鹅以及南极对未来人类活动和气候变化的影响。例如,研究人员最近绘制了南极洲最大的一块安德烈企鹅栖息地的变化图。该栖息地位于罗斯海北部的阿达尔角海岸,大约建立于2000年前,大约1200年前扩张到现在面积的两倍,后来又萎缩了。栖息地最大时一度延伸到岸边高地的一块岩石滩上,后来随着栖息地的萎缩这块岩石滩被遗弃了。未来50年内海平面的上升可能会淹没阿达尔角的栖息地,安德烈企鹅可能会再次移到这块岩石滩上。
从企鹅尸体考古
前面谈的都是如何在安德烈企鹅留下的垃圾中做文章,这些垃圾是研究南极生态变化的好材料,而那些企鹅的遗体则为我们探究进化提供了一个独特的机会。最近,兰伯特和他的同事就从安德烈企鹅的DNA入手,研究安德烈企鹅进化的历史。
由于南极洲是地球上最冷、最干燥的地方,为保存DNA提供了理想的条件。兰伯特和他的同事从生活于6000年前的企鹅和现今活着的企鹅身上提取DNA,研究了某些等位基因随着时间的推移是如何表现的。他们发现,有些等位基因已经扩散至现今存在的整个种群,而另一些则已消失不见。
兰伯特将这一现象与不同安德烈企鹅群落的杂交联系起来。他猜测,也许是因为巨大的冰山限制了它們的活动,迫使不同的安德烈企鹅群落混住在一起。通过种群之间的杂交,一些“好”的等位基因扩散开来,而另一些“不好”的等位基因被自然淘汰了。
能看到6000年内单个物种DNA的进化,这对于我们尚属首次。兰伯特和他的同事计划对更多死企鹅的基因组进行测序,并将与它们活着的后代的基因组进行比较,看看自然选择在几千年的时间跨度上是如何塑造基因的,以及这与不断变化的环境有什么关系。
等位基因
生物的形态、结构、生理特征称为性状,比如人的眼睑形态就是一种性状。这种性状有不同的表现形式:一种是双眼皮,一种是单眼皮。其中单眼皮为隐性,双眼皮为显性。我们把它们称为相对性状。性状又是由基因控制的,控制显性性状的为显性基因(用大写字母,如A),控制隐性性状的为隐性基因(用小写字母,如a)。
我们知道,基因在体细胞DNA上成对出现,所谓的等位基因是指在DNA相同位置上控制着相对性状的一对基因,比如上面的控制双眼皮的基因和控制单眼皮的基因就是一对等位基因。等位基因,一个来自父方,一个来自母方。