海洋|海洋哺乳动物“重返摇篮” 还需经过“七十二变”( 二 )

双重调控实现体温恒定
科研团队的此次研究通过全基因组测序方式进行。为了最大限度地寻找到海洋哺乳动物每一类群所包含的生物共同点，他们从动物自然分类法的科级出发，对17个海洋哺乳动物物种进行了全基因组测序及组装，重建了基于全基因组数据有史以来的最全面的海洋哺乳动物系统发生树。
不仅如此，为分析海洋哺乳动物从陆地重返海洋的分子适应机制，科研团队将海洋哺乳动物全基因组与其陆生—近缘物种的全基因组进行了大量比较，并进一步从基因组演化、基因演化、非编码保守元件等多方面对海洋哺乳动物的鲸类、鳍足类、海牛类这3个主要支系，从陆地重返海洋的分子适应机制进行了全面分析和探究。
“我们发现，尽管不同支系的海洋哺乳动物具有完全不同的祖先和不同的演化历程，但是这些动物在体温维持、体型、低氧耐受、回声定位、深潜及视力等相关的基因上却发生了一致性改变，呈现趋同演化的适应性演化机制。 ”该论文通讯作者说。
海水的高导热性导致动物身体热量更容易向水中散失，这是哺乳动物由陆地重返海洋面临的主要挑战之一。而海洋哺乳动物从陆地返回海洋，却和在陆地上一样，依然保持令人吃惊的体温控制能力。它们是如何做到的呢？
关于这个问题，科研团队从分子层面找到了更明确的解释。 “不同海洋哺乳动物支系都存在从产热和散热两个方面的改变进行体温调节的情况， ”该论文通讯作者说， “既通过NFIA和UCP1两组基因来调控棕色脂肪细胞的合成和利用，从而控制产热的变化，又通过SMEA3E基因的改变，使得海洋哺乳动物的血管系统发生适应性改变以调节热量的散失。双重调控最终实现维持体温恒定。 ”
【海洋|海洋哺乳动物“重返摇篮” 还需经过“七十二变”】事实上，研究人员在海洋哺乳动物的基因组中发现的是这些基因编码指令的潜在用途，即NFIA基因上调或下调影响间质前体的细胞命运， UCP1基因的完整性影响棕色脂肪细胞正常功能，而海洋哺乳动物发达的血管系统有助于热传递以维持体温恒定。
多个基因发生适应性进化
据进一步介绍，为了适应水生环境，海洋哺乳动物的骨骼形态也发生了不同程度的改变，比如前肢变成鳍状肢，身体呈流线型或者纺锤形。研究发现，与骨骼发育密切相关的蛋白聚糖的生物合成途径中，两个关键基因在海洋哺乳动物体内发生了特异性改变，这极有可能会影响到海洋哺乳动物骨骼形态的变化。
除此之外，研究还发现了与低氧耐受、回声定位、深潜及视力相关基因在海洋哺乳动物中发生了分子层面的适应性进化。
科研团队此次研究成果，建立了全面的海洋哺乳动物基因组数据集，并为海洋哺乳动物的水生适应相关性状及不同海洋哺乳动物支系间趋同演化提供了更多的遗传学证据，为科研人员后续更深入地开展海洋哺乳动物水生环境适应机制等研究提供了良好的数据支持。同时，此研究对揭示全球生物多样性的形成及维持机制，以及探讨环境适应性和物种演化的关系具有重要的意义。
然而，科研人员认为，虽然在基因层面找到了一些证据，但要进一步揭示海洋哺乳动物对水生环境的分子适应机制，还需获得更多物种高质量的全基因组数据，以及单细胞转录组数据、蛋白组和代谢组数据，开展大量更细致的比较分析及实验验证。
“此外，目前对于海洋哺乳动物高智商、高社会化以及长寿等特性的分子机制仍然知之甚少，进一步的研究有望在这些方面取得突破。 ”该论文通讯作者说。采访人员王祝华