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“海洋与湿地”（OceanWetlands）
上图：埃朗吉·亨肯达（Erangi Heenkenda）是《国家科学院院刊》（PNAS）论文的共同第一作者，她本月刚刚从普渡大学得到了森林资源与自然资源学博士学位，现在正准备从冷冻的鳉鱼中取样，以用于基因组测序。（图源: 普渡大学农业传播部 / 汤姆·坎贝尔）
首先我们来先容一下本研究中涉及到的这个物种。白沙鳉鱼（学名：Cyprinodon tularosa）是一种 鳉鱼科（Cyprinodontidae）的鳉鱼物种。它们是美国西部新墨西哥州图拉罗萨盆地的特有物种，在该地区的两个泉眼和两条小溪中创造。白沙鳉鱼的眼睛深色，鳞片呈银色。它们的体长在1+3⁄4到2+1⁄2英寸（约4.4到6.4厘米）之间。成年雄鱼身上有淡蓝色的斑点。它们在世界自然保护同盟（IUCN）的赤色名录中是“濒危”物种。
它们生活在新墨西哥州南部的图拉罗萨盆地，这个地区干旱而独特，是它们得以独特进化的关键成分之一。白沙鳉鱼紧张栖息在清澈的泉水和小溪中，这些水域常日受地下水和地表水的供应，水质清澈而富含氧气，为它们供应了适宜的生存条件。在这些水域中，白沙鳉鱼是食品链的主要一环，它们紧张以小型水生昆虫、浮游植物和有机废弃物为食；而作为掠食者，它们在坚持生态平衡和生态系统功能方面发挥着重要浸染。
上图：种群统计推断与取样地点。（A）最有可能的三各类群统计模型表明，先人种群（Nanc）大约在4153年前以95%：5%的比例分裂，形成了MS、p11、p21和SC、p12、p22等低级种群。这两个种群在接下来的近1700年内保持种群稳定，随后在2475年前经历了强烈的种群瓶颈，形成了当代的MS种群，其种群规模经历了p11（p21）的线性低落。SC和LR的当代种群起源于p12种群，在种群规模（p22）经历指数低落后形成；LR约在60年前从p22的约10%先人中建立，当代SC鳉鱼约含有p22先人的90%。颜色对应于两个ESU，MS ESU1 = 蓝色，SC/LR ESU2 = 玄色。每个估计值的种群规模估计值和95% CI详见附录表S1。这些结果表明a）MS的鳉鱼在过去约4000年中一贯处于伶仃状态，b）LR最近是从SC种群中建立的，与已知的引种历史（12）同等。（B）舆图显示了三个被取样的C. tularosa种群的地理位置。研究者没有取样的两个发起的重新定位点（18），北矿泉和巴雷尔矿泉也包括在内，并用三角形标示。来源：Andrew N. Black et al
在这篇最新研究中，研究的紧张卖力人J. Andrew DeWoody教授表示：“我们最初认为只有一个须要保护的鳉鱼物种，但现在证据表明，这里实际上有两个物种。换句话说，我们原以为只有一个濒危物种，但现在看来有两个。”
在这项研究中，DeWoody与普渡大学、俄亥俄州立大学、奥今年夜学和德州农工大学的八位互助者互助完成。他们创造白沙鳉鱼（Cyprinodon tularosa）的进化是一个独特的过程，紧张由遗传漂变驱动。遗传漂变是由于生物体从其父母随机继续不同基因而产生的。与之相对，自然选择是指物种内的群体由于适应不同环境而随韶光变革的过程。
白沙鳉鱼是一种独特的鱼类，在世界其他地方找不到。（照片来源：美国国家公园管理局）
这些鳉鱼的两个物种分解速率非常之快。DeWoody教授指出：“哺乳动物近亲之间的分解均匀发生在约两百万年前。而这种鳉鱼的分解速率大约是哺乳动物分解速率的四百倍。”
鳉鱼原生于图拉罗萨盆地，自然种群分布于盐溪和马尔派斯泉。20世纪60年代~70年代，资源管理职员在迷失落河和丘泉建立了其他两个种群，可能来自盐溪。联合第一作者Erangi Heenkenda博士在接管采访时表示：“我们知道它们有所不同，但不清楚导致这种差异的进化力量是什么。”
研究职员通过全基因组测序的方法剖析了这些鳉鱼的基因组。以往对这些鳉鱼的研究仅基于有限的基因样本，而这次的全基因组剖析则类似于阅读整本书，而不仅仅是几页内容。Heenkenda博士表示：“我们预期会看到基因上的一些差异，但没有创造与自然选择干系的显著差异。”
研究结果显示，这种分解紧张是由过去5000年中高水平的遗传漂变驱动的。研究联合第一作者Andrew Black博士阐明说：“这些鳉鱼的分解紧张归因于遗传漂变，而非自然选择。只管进化常日被归因于自然选择，但遗传漂变在物种分解中的浸染常被忽略或忽略。”
研究表明，图拉罗萨盆地南部的卡里索佐火山约在5000年前缓慢喷发，覆盖了约130平方英里的区域，形成了地质障碍，可能促进了新物种的进化。遗传数据与地质数据相结合，显示这两个物种约在5000年前是一个物种。
在对鳉鱼基因变异的剖析中，研究职员创造马尔派斯泉种群曾长期保持在6万多的稳定数量，而盐溪和迷失落河的种群约为1.5万，两者都在约2500年前经历了种群瓶颈。然而，盐溪和迷失落河种群的瓶颈效应远比马尔派斯泉鳉鱼严重。
小种群经历了基因频率的随机颠簸，即遗传漂变。小种群中遗传漂变的影响较大，而大种群，如海洋中的沙丁鱼，则紧张受自然选择影响。DeWoody教授指出：“在大种群中，自然选择可以压倒遗传漂变，但在小种群中，遗传漂变则占主导地位。”
研究结果匆匆使科学家们建议对鳉鱼的物种分类进行重新修订，并建议将新物种命名为“邪术鳉鱼”，以呼应新墨西哥州的外号“邪术之地”。
这次研究不仅深化了我们对鳉鱼进化机制的理解，也提示在其他沙漠鳉鱼物种中，遗传漂变可能也是一种常见的进化机制。这为濒危物种的保护和管理供应了新的视角和科学依据。
感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可参看该研究全文：
Andrew N. Black et al, Rapid vertebrate speciation via isolation, bottlenecks, and drift, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024).
DOI: 10.1073/pnas.2320040121. doi.org/10.1073/pnas.2320040121
海洋与湿地·小百科
遗传漂变
遗传漂变（genetic drift）是一种进化机制，它在小种群中通过随机事宜引起基因频率变革，与自然选择不同，遗传漂变不依赖个体的适应性特色，而是由随机成分引发的。这些随机成分包括种群数量颠簸、个体间的随机配对和生殖有时性等。
遗传漂变的特点之一是其高度随机性。基因频率的变革是由随机事宜引起的，结果无法预测。在小种群中，遗传漂变的效果尤其显著，由于随机事宜对基因频率的影响在小种群中更大。而在大种群中，个体的基因数量弘大，随机事宜的影响被均匀，效果较小。
随着遗传漂变的进行，基因频率会在代际间发生随机颠簸，乃至可能导致某些基因的完备消逝或固定，这意味着所有个体都携带相同的基因。种群瓶颈效应是遗传漂变的一个主要方面，当种群数量急剧减少（例如由于自然磨难或人类捕猎），基因多样性显著低落，遗传漂变的效应也更加显著。
另一个干系观点是“创始者效应”。当一小部分个体从大种群等分离出来并建立新种群时，遗传漂变会强烈影响新种群的基因频率，由于新种群的基因频率由少数创始个体决定。
在本文中提到的普度大学这项最新研究中，科学家们揭示了南新墨西哥州濒危鳉鱼的种群瓶颈效应和地理隔离导致的显著遗传漂变。约5000年前，卡里索佐火山喷发形成的地理障碍将鳉鱼种群分别隔来，使它们在隔离的环境中经历了快速的基因频率变革，终极分解成两个不同的物种。这一研究，不仅深化了我们对鳉鱼进化机制的理解，还提示在其他沙漠鳉鱼物种中，遗传漂变可能也是一种常见的进化机制。
创始者效应
创始者效应（founder effect）是遗传学中的一个主要观点，指的是当一个新种群由少数个体创立时，这个新种群的基因频率与原始大种群的基因频率可能会有显著差异。由于创始个体数量少，它们所携带的基因只代表了原始种群的一小部分基因多样性，这种情形会导致新种群在遗传上与原种群不同。
创始者效应在遗传漂变的背景下尤为主要，由于它阐明了为何新种群在基因频率上可能会迅速偏离原始种群。这种效应常发生在物种迁移、新栖息地的建立或地理隔离等环境中。
详细来说，当少数个体从一个大种群等分离出来、并迁移到一个新的地点并建立新种群时，这些创始个体的基因库就成为新种群的遗传根本。如果创始个体的基因频率跟原始种群不同，那么，新种群的基因频率也会随之不同。这种遗传漂变的影响在小种群中尤其明显，由于随机事宜在小种群中对基因频率的影响更大。
创始者效应的结果可能是新种群中的某些基因频率被显著放大或缩小，乃至可能导致某些基因的损失或固定。由于新种群基因库的有限性，这些基因频率变革可能会影响新种群的进化路径温柔应性特色。
创始者效应在进化生物学中具有主要意义，由于它不仅阐明了新种群的遗传多样性变革，还揭示了物种分解和进化的主要机制之一。例如，岛屿生物的独特性和多样性每每便是创始者效应的结果，由于岛屿上的生物种群常日由少数迁徙个体建立，其遗传漂变效应显著。
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编译 | 王芊佳
审核 | Maggie
排版 | 绿叶
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【参考资料】
https://phys.org/news/2024-05-genetic-drift-natural-main-factor.html
https://doi.org/10.1073/pnas.2320040121
https://en.wikipedia.org/wiki/White_Sands_pupfish
https://www.fws.gov/species/white-sands-pupfish-cyprinodon-tularosa
