鳥類的遷徙是令人著迷的自然現(xiàn)象之一。據(jù)估計(jì)，全球現(xiàn)存1萬多種鳥類中約1/5是遷徙鳥類，世界上每年有數(shù)十億只候鳥在繁殖地和越冬地之間遷徙，鳥類的遷徙路線幾乎遍布全球。然而，這些路線如何進(jìn)化而成？當(dāng)前如何維持？在未來氣候變化下可能有何改變？不同的遷徙策略是否有其遺傳基礎(chǔ)？這些問題是鳥類學(xué)和行為學(xué)關(guān)注的重要科學(xué)問題。
3月3日，中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所研究員詹祥江實(shí)驗(yàn)室在Nature在線發(fā)表了關(guān)于鳥類遷徙的研究論文Climate-driven flyway changes and memory-based long-distance migration。研究團(tuán)隊(duì)通過整合多年衛(wèi)星追蹤數(shù)據(jù)和種群基因組信息，建立了一套北極游隼遷徙系統(tǒng)，揭秘其遷徙路線的主要形成原因和長(zhǎng)距離遷徙關(guān)鍵基因。
圖1.北極游隼衛(wèi)星追蹤和遷徙系統(tǒng)
游隼（Falco peregrinus）是世界上飛行速度最快的動(dòng)物之一，最高俯沖速度接近390km/h，也是地球上最成功的頂級(jí)捕食者之一，分布在除南極洲之外的全球六大洲。研究歷時(shí)六年，在北極圈自西向東的主要繁殖地（科拉半島、科爾古耶夫島、亞馬爾半島、泰梅爾半島、勒拿河、科雷馬河）為56只游隼佩戴衛(wèi)星追蹤器，構(gòu)建出一套北極游隼遷徙系統(tǒng)。衛(wèi)星追蹤發(fā)現(xiàn)這些北極游隼主要使用5條遷徙路線，在種群和個(gè)體水平上具有非常高的遷徙連接度和重復(fù)性。同時(shí)，這些種群的遷徙距離顯著不同：西部?jī)扇憾叹嚯x遷徙（平均3600公里），東部四群長(zhǎng)距離遷徙（平均6400公里）。
對(duì)其中4個(gè)地區(qū)35只游隼的種群基因組學(xué)分析顯示西部的科拉和科爾古耶夫種群，以及東部的亞馬爾和科雷馬種群分別具有最近共同祖先。基于該研究中開發(fā)的全基因組Approximate Bayesian Computation模型，估計(jì)長(zhǎng)/短距離種群的分化時(shí)間大概在末次冰盛期前后。種群動(dòng)態(tài)推斷及潛在繁殖、越冬地重建結(jié)果顯示在末次冰盛期到全新世的轉(zhuǎn)換過程中，因冰川消退而帶動(dòng)的繁殖地向北退縮以及越冬地變遷可能是游隼遷徙路線形成的主要?dú)v史原因。對(duì)于當(dāng)前的遷徙路線而言，研究發(fā)現(xiàn)不同路線之間的環(huán)境異質(zhì)性很強(qiáng)，環(huán)境巨變區(qū)域與遷徙路線邊界高度吻合，且路線之間的差異與選擇性遺傳分化的相關(guān)程度明顯大于中性遺傳分化，從而說明環(huán)境的差異及相關(guān)的本地適應(yīng)在維持當(dāng)前遷徙路線中發(fā)揮重要作用。
圖2.北極游隼遷徙路線變遷和長(zhǎng)距離遷徙遺傳基礎(chǔ)
通過對(duì)長(zhǎng)短遷徙種群基因組的對(duì)比分析，研究首次發(fā)現(xiàn)了一個(gè)和記憶能力相關(guān)的基因ADCY8在長(zhǎng)距離遷徙種群中受到了正選擇，實(shí)驗(yàn)證明長(zhǎng)、短遷徙種群主要基因型存在功能差異，揭示了長(zhǎng)時(shí)記憶可能是鳥類長(zhǎng)距離遷徙的重要基礎(chǔ)。研究通過模擬預(yù)測(cè)，在未來全球變暖日益嚴(yán)重的情境下，亞歐大陸西部的北極游隼種群可能會(huì)面對(duì)兩方面的威脅，即遷徙策略的改變和主要繁殖地的退縮。
該研究首次全面結(jié)合遙感衛(wèi)星追蹤、基因組學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等新型研究手段，通過多學(xué)科的整合分析，從行為、進(jìn)化、遺傳、生態(tài)及全球氣候變化等維度，闡明了北極鳥類遷徙路線過去形成歷史、當(dāng)前維持機(jī)制及未來變化趨勢(shì)，并發(fā)現(xiàn)了鳥類長(zhǎng)距離遷徙的關(guān)鍵基因，展現(xiàn)了學(xué)科交叉型的創(chuàng)新性研究在遷徙鳥類保護(hù)中的重要作用。該研究由動(dòng)物所主導(dǎo)，中科院生物物理研究所、英國(guó)卡迪夫大學(xué)、俄羅斯科學(xué)院烏拉爾分院、德國(guó)馬普動(dòng)物行為研究所等科研單位合作完成。動(dòng)物所博士研究生谷中如、助理研究員潘勝凱和工程師林蓁蓁為論文的共同第一作者，詹祥江為論文通訊作者。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院動(dòng)物進(jìn)化與遺傳前沿交叉卓越創(chuàng)新中心、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的支持。（中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所）
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