一条有 12,000 年历史的刺鱼展示了物种是如何适应的。
上一次冰河时代大约在 12000 年前结束。随着冰的重量消失，陆地缓慢反弹，陆地抬升导致许多海湾变窄并形成湖泊。
鱼被困在这些湖泊中。
当咸水变成淡水时，棘鱼成功地适应了，它们仍然可以在今天沿着挪威海岸的沿海湖泊中找到。
盐水逐渐变为微咸水，后来变为淡水。这种环境变化自然而然地导致了动植物生命的彻底更换。
小刺鱼是个例外，它成功地适应了海水变成淡水的过程，现在仍然可以在挪威沿岸的沿海湖泊中找到。这条小鱼到底是如何适应如此大的变化的，即使是同时在几个地方?
12 000 年前的三刺棘鱼骨头可以给我们一些答案。
同时在多个位置更改
三刺棘鱼生活在淡水湖泊、咸水海洋环境和微咸水(两者的混合物)中。尽管这些鱼属于同一物种，但根据发现地点的不同，它们的外观略有不同。
由于如此多的湖泊与大海隔绝，我们知道刺鱼同时适应了多个地方的环境变化。然而，这些变化彼此独立发生，没有任何杂交，这表明了这一现象背后的遗传原因。
因此，三刺棘鱼非常适合研究生物学家所说的“平行进化”——平行发生但彼此独立的进化变化。
古老的发现揭示了
“通常我们只能接触到当今的刺鱼。我们比较了来自淡水和海洋栖息地的群体，并假设今天的海洋鱼类在基因上与早期适应淡水的海洋鱼类具有可比性，”挪威科技大学 (NTNU) 副教授安德鲁·富特 (Andrew Foote) 说。威尔士大学博物馆和班戈大学。
通过一些跨学科合作，研究人员从今天挪威哈默菲斯特市的两条刺鱼身上获得了 12000 年历史的骨头。
这些古代文物当然可以为研究提供有用的依据。但是，如今生活在海洋环境中的刺鱼也从那时起开始进化，因此它们可能与冰河时代末期适应淡水的刺鱼不太一样。这使得生物学家很难研究它们。
“虽然这些骨头属于一万多年前死去的鱼，但当斯堪的纳维亚大部分地区被冰覆盖时，它们含有我们可以研究的 DNA 片段。这些基因让我们深入了解从咸水向淡水过渡的早期阶段，”富特说。
国际合作
国际合作努力的结果最近发表在《当代生物学》杂志上。地质学、古代 DNA 和遗传进化方面的专家合作比较了现代和古代三刺棘鱼。
富特与哥本哈根大学的教授和遗传学家汤姆吉尔伯特合作。他们进入了最先进的实验室来研究古代 DNA，并使用新开发的方法对 12000 年历史的刺鱼的基因组进行测序。
“过去 20 年对三刺棘鱼的研究为平行适应的遗传基础提供了关键见解。我们发现适应可以通过新出现的突变进行，但通常涉及重复利用已经存在的在种群之间传播的遗传变异，”德国蒂宾根马克斯普朗克学会弗里德里希米舍尔实验室的 Felicity Jones 博士说。
种群是同一物种的动物群体，在地理上或多或少地与同一物种的其他群体分开。
海鱼有淡水的基因
“通过克服与古代 DNA 测序相关的所有挑战，我们可以在一个海洋殖民者中检测到已知适应淡水的变异，这真的令人惊讶。这最终证明了淡水适应性遗传变异存在于数千年前从海洋中的淡水湖泊中定居的棘鱼种群中，”博士生和主要作者 Melanie Kirch 说，他也来自 Friedrich Miescher 实验室。
这证明使棘鱼能够生活在淡水中的基因变异在几千年前就已经存在于海洋中的棘鱼种群中。因此，这些海鱼可以在出现的淡水湖中定居。
但 Kirch 也指出，结果表明平行进化有一些局限性。“即使当殖民祖先携带已知在淡水中具有适应性的遗传变异时，这些变异并不总是存在于当代人群中。这告诉我们，在适应的进化过程中，即使是有益的淡水适应变体也会丢失，这很可能是随机的——这个过程被称为‘遗传漂变’，”她说。
一扇通往过去的窗口
这种古老的 DNA 提供了一扇了解过去的窗口，并使研究人员能够研究当今鱼类祖先的基因组成。因此，研究人员可以跟踪几千年来发生的适应，这也有助于他们了解更多的进化过程。
通过这种方式，他们可以创建更好的模型并获得对影响自然进化方向、速度和分子基础的因素的新见解。
研究了土地隆升
这些棘鱼是由挪威地质学家发现的，他们实际上研究了自从斯堪的纳维亚冰层退缩以来沿着挪威海岸线发生的陆地隆起。
地质学家在从沿海湖泊采集的几个沉积物样本中偶然发现了鱼骨。沉积物是多年来沉入湖底的物质，根据年龄分层沉积，除非有人或某事扰乱了层序。在研究的或多或少未受影响的湖泊中，沉积层显示了从海洋环境到淡水环境过渡的痕迹。
从沉积物样本中洗出的鱼骨保存得非常好。
碳测年可以帮助地质学家重建海平面如何随时间变化，但这一次该技术在另一个方面也很有用。
“我们从沉积物样本中洗出的鱼骨保存得非常好。我们可以立即确定它们来自三脊棘鱼，”挪威地质调查局的研究员安德斯·罗蒙塞特说。
他们通过在与骨骼相同的层中发现的植物材料进行碳测年来确定年龄。分析还表明，这些特殊的鱼生活在微咸水中，这表明该湖即将与大海断开连接。
由于骨骼是在海洋和淡水栖息地之间的过渡时期发现的，这些基因既显示出与适应海洋相关的遗传变异，也显示出一些明显显示出适应淡水的基因。
