對野生魚類種群的研究正在增加越來越多的證據,表明人類活動——特別是汙染環境——可以促進複雜生命形式的快速進化。過去,生物學家認為,這類生物的基因構成變化緩慢,需要數千年甚至數百萬年。
然而,在過去十年中,新英格蘭的大西洋鱈魚(Microgadus tomcod)和鱂魚(Fundulus heteroclitus)已被證明對20世紀傾倒在湖泊、河流和沿海水域中的有毒多氯聯苯(PCBs)產生了抵抗力。同樣,加拿大幾個湖泊中的黃鱸(Perca flavescens)種群也成功地適應了冶煉廠80多年來的重金屬排放。
英格蘭西南部河流中的棕鱒(Salmo trutta)似乎也是如此。現在,一項新的研究不僅揭示了當地的鱒魚種群已經迅速改變以應對汙染,而且還將獨特的基因變化與人類工業史上的精確事件聯絡起來。
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該地區有著悠久的採礦歷史,可以追溯到青銅時代,鋅、銅、錫、砷和其他重金屬繼續被衝入水道。事實上,某些河流流域現在毒性很大,只有當地的鱒魚種群才能在那裡生存;從其他地方進入的魚類會死亡。
為了測試汙染引起的進化並評估變化的時間,埃克塞特大學的科學家比較了來自15個野生鱒魚種群(共700條魚)的DNA樣本,其中9個棲息在受汙染的流域,6個來自清潔地點。不僅種群的基因組成差異顯著,而且差異與近期人類歷史的關鍵時刻非常吻合。
分子測年表明,耐金屬的魚類在大約960年前的中世紀與清潔河流中的魚類分離,當時該地區的採礦業開始興盛。在耐金屬的魚類中也發現了第二次分裂,其中來自汙染最嚴重流域的種群在大約150年前發生分化,這次與該地區採礦業的高峰期和英國的工業革命相吻合。“測年技術可能相當不精確,但兩次分裂都與歷史事件如此吻合,這非常引人注目,也令人驚訝,”研究團隊負責人傑米·史蒂文斯說。“這種適應似乎是金屬特異性的,每條河流中的鱒魚都適應了獨特的金屬混合物。一條河流中的魚可能耐砷,但在錫或鋅含量高的流域中會死亡。”科學家們在2015年7月出版的《進化應用》雜誌上發表了他們的發現,他們認為這些水域中的鱒魚是該物種的獨特變種,應該受到保護,因為它們有一天可能允許重新放養受汙染的河流。
但這對魚類來說也有不利之處。最適應金屬汙染的鱒魚變種的基因庫也減少了——這可能是金屬首次開始湧入水道時最初種群崩潰的結果。眾所周知,在這些瓶頸中倖存下來的魚類將其遺傳多樣性傳遞給後代的能力較弱。“雖然它們已經適應了其獨特的環境,”史蒂文斯說,“但耐金屬的鱒魚可能不適合未來的變化,因為它們缺乏應對新的和意想不到的挑戰所需的更廣泛的基因庫。”
丹·伊瑟利是一位環境顧問,也是《叢林之王:雷蒙德·迪特馬斯和尋找世界上最大的毒蛇》一書的作者。他住在英格蘭西南部。