科学家表明，非洲维多利亚湖慈鲷的非凡多样性是通过“基因循环”实现的——新物种的出现和快速适应生态系统中不同角色的重复循环。这项新研究是数十年来令研究人员着迷的进化案例研究，揭示了500种鱼类如何在短短16,000年内出现并繁衍生息。

由瑞士水研究所Eawag、伯尔尼大学、剑桥大学和WellcomeSanger研究所的JoanaMeier和OleSeehausen领导的跨国团队的研究人员通过比较当今数百种慈鲷的基因组，发现杂交——两个不同的物种走到一起并融合它们的基因，创造出一个融合了两种亲本类型特征的新物种——使慈鲷得以繁衍生息。研究小组还发现了刺激这一过程的独特古代基因。

该研究结果于9月28日发表在《科学》杂志上，揭示了慈鲷独特的生态多样性背后的原因。它们还为适应性进化和多样化的遗传基础提供了重要的见解。

维多利亚湖中的慈鲷已经适应了生态系统中几乎所有可以想象的角色。它们有各种大小、形状和颜色，从顶级捕食者到小型浮游动物。这些慈鲷被认为是“适应性辐射”的典型例子，其中一个群体产生了许多物种，每个物种都有独特的特征和行为。

目前尚不清楚这种多样化是否仅发生在维多利亚湖内，在经历了4000年的干旱期之后，这一过程以惊人的速度持续了大约16000年。这个速度远远超过了达尔文雀，后者花了数百万年进化出了14个物种。

在这项新研究中，研究小组着手调查这些慈鲷是否确实在湖内进化得极其迅速，如果是的话，它们是如何做到这一点的。研究小组测试了维多利亚湖慈鲷是否真的是不同的物种，并确定了支撑这种前所未有的进化规模的遗传因素。

该团队分析了来自维多利亚湖和更广泛的非洲大湖地区的464个现代慈鲷的完整基因组。研究结果证实，在湖中发现的慈鲷确实是由相同基因组合进化而来的不同物种，它们是在干旱期后通过共同的杂交事件在维多利亚湖中进化而来的。它们的进化史以反复的“基因循环”为标志，即不同群体的鱼类交配并混合其基因，最终分离成新物种的时期。

研究人员确定，大约16,000年前，当湖泊重新注满时，三个生活在沼泽地的慈鲷种群聚集在一起，融合了它们的基因，形成了杂交鱼。这三个慈鲷种群的初始遗传多样性对其进化生态群体的潜力发挥了至关重要的作用。每个沼泽种群都贡献了不同的基因变体，例如用于狩猎或刮除藻类的基因。

通过混合基因，他们产生了大量的遗传多样性，这是一种比等待新突变缓慢积累更快的机制。这些杂交种发展出了不同的行为，每种行为都扮演着不同的生态角色，如狩猎、刮除藻类、筛选浮游动物和吃昆虫，同时大多在各自的群体内繁殖。这导致了各种物种的迅速形成。

尽管存在这些适应性差异，但它们密切的遗传关系允许持续的杂交事件，创造出更多的遗传组合。例如，大型捕食者和小型浮游动物的基因组合产生了一个新的侏儒捕食者生态群体，将捕食性生活方式与浮游动物的小体型结合起来。

“由于杂交和多样化的循环，遗传性状的无数变异被保留下来，这些变异在这些慈鲷种群中积累了数百万年。今天的物种在其基因组中拥有快速‘重建’极其有利的专业化的潜力，”教授说OleSeehausen，该研究的资深作者、伯尔尼大学和瑞士水研究所EAWAG教授。

“我们的研究结果强调了在保护生物学中考虑物种之间的遗传和生态联系的重要性，而不是孤立地看待它们。通过保护多样化的物种，我们保留了一个可以帮助它们适应环境变化的资源库，例如通过偶尔的杂交和共享适应来应对不断上升的气温。”

“杂交在自然界中可能比我们之前想象的更加普遍和重要。基因组学可以揭示这些秘密。当我们探索这些鱼取得巨大成功背后的原因时，以及在我正在进行的生命之树研究中，我们正在瞥见进化的齿轮和轮子——这些见解可以帮助研究人员解码各种物种的起源，”该研究的第一作者、威康桑格研究所的小组负责人乔安娜·迈耶博士说。