南方的冷水鱼更怕“热”
2018/8/16 7:30:00 中科院之声

     鱼类属于变温动物,它们对水环境温度具有一定的耐受性,但是一旦水温超过了鱼类的耐受范围,它们很可能就会死亡。在未来全球气候变暖的情况下,水温升高必然会造成鱼类死亡率和分布范围发生极大改变,因此鱼类的温度适应机制研究具有重要意义。

     根据鱼类对不同水温的适应情况,通常可以将鱼类划分为三类:冷水性鱼类、温水性鱼类和暖水性鱼类。一般来说,冷水性鱼类被认为更容易受全球变暖的影响,也可以作为全球变化的指示性生物。

     尖头鱥(guì),有人也习惯读成suì,是鱼和岁在一起的组合字。它们原本是一种典型的冷水性鱼类,通常栖息在具有一定水流速度、清澈且富含氧气的河流源头或是半山区的冷水溪流中。目前主要分布在中国的辽河、黄河、淮河、长江、钱塘江和闽江等水系。历史上,上新世末期的降温以及第四纪冰期的影响使得分布在中国北方地区的个体慢慢向南方地区发生了扩散,冰期过后部分个体及后代长期扎根在了南方山区水系。因此,这种小型溪流鱼类成为了研究冷水性物种温度适应机制的良好材料。

    

     图1 尖头鱥

     前期研究表明尖头鱥对气候变化很敏感,最冷月的最低温是影响尖头鱥分布的最重要因素。模型预测尖头鱥的潜在分布范围随着时间的推移会越来越少,最适生存区的范围也会越来越有限,尤其是在中国大陆的南方地区,到2080 年,预测只有极少数的高海拔山区才能使少量的尖头鱥得以继续生存。

     最近,中国科学院水生生物研究所鱼类行为与进化学科组研究采用临界温度法研究了尖头鱥不同地理种群的耐热能力差异。结果表明,北方地区种群(辽宁盖州)的最大临界温度大于南方地区种群(浙江杭州),而最小临界温度却小于南方地区种群,因此,北方地区种群比南方地区种群具有更宽的温度耐受范围,说明北方地区种群具有更强的温度适应能力。

     利用转录组测序技术,研究人员进一步分析了高温胁迫下不同地理种群间的基因表达差异,从而初步解析了尖头鱥不同地理种群对温度适应的分子机制。结果发现,在高温胁迫条件(29°C)下,北方地区种群比南方地区种群具有更多的差异表达基因,这与北方地区种群具有更强的温度适应能力相符合。同样条件下,南方地区种群的部分热应答基因(如热休克蛋白基因等)在对照组(19°C)条件下已经具有较高水平的表达,推测这是南方地区种群对其生存环境较高水温的应答反应。

    

     图2 南方杭州种群和北方盖州种群在对照组(19°C)和高温胁迫组(29°C)下的基因表达差异

     研究表明以尖头鱥为代表的南方地区冷水鱼类更怕热,转录组数据表明它们已经处于一定的高温胁迫状态,受未来气候变化影响更大,需要加强保护。这些研究为鱼类的温度适应机制研究提供了资料,同时为预测全球气候变化对鱼类可能产生的影响提供了参考。

     来源:中国科学院水生生物研究所

    

    

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