“鱘”蹤“穿越”1億年去

翻開地層深處的化石名錄，鱘形目（Acipenseriformes）宛如一把密鑰，輕輕轉動便能開啟關于遠古水下王國的塵封記憶。

鱘形目歷史極為悠久，其祖先可追溯至距今3.5億～3億年前的石炭紀，現存最早的化石記錄始于早侏羅世。令人稱奇的是，這一古老類群至今仍有眾多現生動物存世，其中就包括鱘形目硬骨魚類生物中華鱘（Acipenser sinensis）。中華鱘素有“水中大熊貓”之稱，是我國的特有物種。就讓我們一同“穿越”億年時光，踏上尋“鱘”之旅。

化石見證遠古族群輝煌

中國遼寧義縣組（早白堊世，約1.25億～1.20 億年前）是熱河生物群最繁盛的層位，其出土的劉氏原白鱘（Protopsephurus liui）化石是迄今已知最古老且最原始的鱘形目魚類之一。

同期在熱河生物群中發現的潘氏北票鱘（Peipiaosteus pani）化石與豐寧北票鱘（Peipiaosteus fengningensis）化石，以及義縣組的長背鰭燕鱘（Yanosteus longidorsalis）化石，為我們共同描繪了北票鱘科（Peipiaosteidae）家族在中侏羅世至早白堊世的多樣輻射景象。

長江“巨獸”的小檔案

中華鱘的“裝甲”——靈活的骨骼

中華鱘是地球上最古老的脊椎動物之一，最長可達5米，最重約500千克，是名副其實的長江“巨獸”。

作為鱘形目魚類的典型代表，中華鱘保留了典型的軟骨魚類向硬骨魚類過渡的結構特征——頭顱由軟顱和膜質硬骨結合而成，菱形骨板由真皮骨化而成，包括脊柱和肋骨在內的其余骨骼則主要由軟骨組成。中華鱘體側有29～45塊側鱗骨，其中，背部有10～17塊背鱗骨，腹部有11～17塊腹鱗骨，配合50～66條背鰭軟條和32～40條臀鰭軟條。

這種發達的骨板以及獨特的背鰭和臀鰭結構，構成了中華鱘高度特化的防御與運動系統，既保障了中華鱘游動的靈活性，又形成了堅固的“裝甲陣列”，以抵御捕食者的攻擊。

住所和繁育習性

中華鱘為典型的洄游性魚類。

幼體階段：中華鱘幼體會棲息在溫度穩定、鹽度適宜的的淺海海域。

成體階段：隨著中華鱘不斷長大，它會逐漸向深海領域遷徙，成體偏愛在中國東海、黃海等近海海域度夏。

繁育階段：雄性中華鱘的繁殖年齡通常為 8～26 歲，雌性中華鱘的繁殖年齡通常為 12～34 歲。性成熟后，中華鱘會在每年夏季進入長江口，沿江而上，在此期間，其性腺會進一步發育成熟，直至到達金沙江下游產卵。產卵后，它們便會洄游到大海，為下一輪繁殖做準備。中華鱘會在長江中停留約 17～19 個月。野生中華鱘雌魚每次平均產卵量約 60萬粒，但孵化后存活率卻不足 1%，這彰顯了在演化過程中，中華鱘形成的一種以“量多”來求生存的適應策略和生存智慧。

豐盛的食譜

中華鱘幼體主要以寡毛類生物（環節動物門的一類，如蚯蚓）、水生昆蟲、藻類及植物碎屑為食；成體則主要以小魚、甲殼類和軟體動物為食。

中華鱘的4根前吻須分布著豐富的化學感受器，能在渾濁的水體中精準定位底棲獵物。定位后，其下頜的伸縮式吻部，能在泥沙底質中高效攝食。

保護！刻不容緩

近些年來，中華鱘種群規模急劇縮減，已被世界自然保護聯盟（IUCN）列為極危物種。想要更好地保護中華鱘，就要知道它是如何演化而來的，這需要從它們的基因組中尋找歷史變遷的痕跡。然而，因染色體數目眾多且形態復雜，鱘形目魚類被譽為“活化石”中的“基因迷宮”。

探尋“基因迷宮”

中華鱘的基因組比人類的基因組還要復雜好幾倍。人類體內每個細胞有23對（46條）染色體，而鱘形目魚類常見的染色體有3種，數量分別約為120條、240條和360條，分別對應四倍體、八倍體和十二倍體3大類群。中華鱘大約有264條染色體，屬于八倍體一類。

中華鱘的超多條染色體從何而來

這涉及全基因組加倍這一概念。我們可以將全基因組類比為一本書，加倍過程類比為復印。全基因組加倍就好像是一本書被復印了一遍，變成了兩本，即生物體的一套基因組被完整復制，變成了兩套。

鱘形目生物的祖先在約2.1億年前經歷了第一次全基因組加倍，而中華鱘的祖先又在約3500萬年前經歷了第二次加倍，形成了今天的八倍體基因組。但實際上，在全基因組加倍過程中還有另一個事件在持續進行，就是基因組的二倍化，即通過一系列遺傳和進化過程，如基因組重組、染色體重排、基因丟失和分化等，再次回到二倍體狀態的過程。于是，在全基因組加倍和基因組二倍化的共同影響下，如今中華鱘復雜八倍體的基因組結構就形成了。

在這個過程中，研究人員還發現了一個有趣的現象——中華鱘基因組的兩次加倍時間與小行星撞擊地球事件和地球氣候發生劇烈變化的時間大體一致。研究人員推斷，環境的劇烈變化可能促使了基因組加倍現象的發生，從而增強了中華鱘的適應能力，使其能夠成功度過生存危機，存活到今天。

26位“末代貴族”的生存之戰

結合化石記錄，可知鱘形目曾多達26個屬，種類異常豐富。截至21世紀初，鱘形目魚類還存有2科6屬27種。但在2022年7月21日，被稱為“中國淡水魚之王”的長江白鱘被世界自然保護聯盟（IUCN）正式宣告滅絕，鱘形目魚類的現生成員已縮減至26種，如同26位“末代貴族”，它們正在與時間和人類活動帶來的壓力展開生存之戰。

面對危機，全球多個國家和組織展開聯合保護行動。為保護中華鱘物種及其棲息地，我國建立了多處自然保護區，并開展中華鱘的人工繁育與增殖放流工作，近40年來，已累計向長江放流中華鱘近900萬尾。

與此同時，科研人員還在不斷地引入前沿科技手段，綜合繁育保護、細胞保存、核酸保存、全基因組測序等技術，通過建立繁殖種源庫、離體種質庫和信息庫，我們可以保護好這些“末代貴族”，進一步強化科學支撐，為其種群復興提供足夠的種質資源。

知識鏈接

基因組多倍化會帶來什么好處

基因冗余量大：復制使得它們的同一個基因有好幾個備份，即便一份發生了意外，不能工作，其他備份基因還可以繼續工作。

創新機會增加：只要有一份基因在“堅守崗位”，保持原有功能結構，其他的基因備份就可以在演化中“放飛自我”，發展出新功能。

適應能力增強：面對環境變化，多倍體物種練就了更強的能力，使其不懼環境變化危機。

但基因組多倍化也會給科學家全基因組測序后的組裝（將測序得到的短DNA片段通過生物信息學方法拼接、整合，最終重建出完整基因組序列的過程）帶來難題。對于數百條微小且相似的染色體，準確拼接成完整序列難上加難。經過十余年的探索，中國科學家團隊攻克了微染色體多、拷貝多等難題，在2024年首次完成了全球首個八倍體動物中華鱘全基因組測序、組裝和注釋，繪制出高質量的基因組圖譜，即中華鱘的“生命字典”。

這份“生命字典”可以幫助科學家揭開中華鱘的“前世今生”，有助于我們更好地研究中華鱘生長、發育、繁殖、抗病和環境適應機理機制，推動中華鱘保護技術的研發，從而更好地保護中華鱘。

（責任編輯 / 王佳璇" 美術編輯 / 周游）