我的生命密碼

撰文/邵長偉 劉凱強

在環南極寒冷的海域中，有一種特有的生物——南極磷蝦。它們多在海水表層活動，主要以浮游植物為食，是南極最重要的生物資源之一。中國水產科學研究院黃海水產研究所帶領國際研究團隊，在其基因組組裝、極端環境適應性和群體歷史演化研究方面取得突破性進展。那么，科學家都解開了哪些謎團呢？

似蝦卻非蝦

我是一只南極磷蝦，別看我名字中帶“蝦”，長得也蝦模蝦樣，但我并不是真正意義上的蝦。我生活在環南極水域，是無脊椎海洋生物，隸屬于節肢動物門甲殼亞門軟甲綱真軟甲亞綱磷蝦目。

大家熟悉的小龍蝦、對蝦等都是我的遠親，我們同屬于真軟甲亞綱，只不過它們屬于十足目。大約3.15億年前，我們磷蝦家族就與那些遠親分道揚鑣，走上了不同的演化之路。

成年后，我的體長通常只有4～6厘米，體重一般不超過2克，但是我的族群非常龐大。我們喜歡群居的生活方式，有時，每立方米海水中能聚集1～3萬只；資源蘊藏量也極其龐大，在6.5億～10億噸之間，可以說，我們是地球上多細胞生物中資源量最大、繁衍最成功的物種之一。

我在環南極海域的能量和物質流動中扮演著關鍵角色，在南極生態系統的食物鏈中占據核心位置。我們以浮游植物為食，也成了鯨、海豹、海狗、企鵝等生物的主要食物來源。如果我從南極生態系統中消失，整個生態系統都將面臨巨大的危機。

超大基因組中的秘密

我身體里蘊含著生長、攝食、種群擴張、演化歷程、年齡結構和對環境壓力的適應能力等基礎生物學的秘密。為了找到這些秘密的答案，早在2011年，各國的科學家就在想辦法破譯我的基因組了。但我并非等閑之輩，小小身體里藏著的基因組接近50Gb，約為人類基因組的16倍。因此，破譯我的基因組曾被認為是一項不可能完成的任務。

然而，隨著科學技術的不斷發展，十幾年后，科學家利用最先進的測序和分析技術成功繪制出了我的基因組圖譜。他們發現，圖譜中超過90%的部分都是重復序列，而且在演化的過程中，我經歷過兩次重復序列的爆發式增長，這些獨特的變化塑造了今天的我。

奇妙的基因

通過對我體內關鍵成分基因進行解析，科學家發現了我能夠適應極晝、極夜環境的方法。原來，我的身體里有一個像鐘表一樣的系統，系統中有幾個關鍵基因，它們在極晝和極夜各有不同的活動水平。這表明我的身體已經進化出了一套根據日夜變化來調整行為和生理狀態的機制。

此外，我的身體里有關蛻殼和能量代謝的基因數量比其他物種多。它們就像我的生存法寶，幫助我在嚴寒中完成“負增長”——在食物不足時減緩生長甚至縮小身體，并擁有更高效的能量代謝，讓我能更有效地利用有限的能量。

這些基因創新，就像我身體中的超級適應器，讓我在南極這種極端環境中生存下來，也使我的種群不斷壯大、生生不息。

盡管在較長時間尺度上，我們的種群變化與歷史氣候變化相一致，但環境因素對我們的影響是極其復雜的。面對當今迅速變化的氣候，我們的未來充滿不確定性，需要科學家用更深入的研究來不斷揭開迎面而來的謎團。

（責任編輯 / 牛一名 美術編輯 / 徐博宇）