新基因研究：過度捕撈使鱈魚快速進化

大西洋鱈魚。攝影：August Linnman from Stockholm, Sweden

大西洋鱈魚（學名Gadus morhua）是一種底層洄游魚類，屬于鱈科，被人類廣泛食用。一項新研究表明，20世紀下半葉對鱈魚的過度捕撈顯示，人類的行為可以比廣泛認為的更快地引發(fā)進化變化，這是由一項由羅格斯大學領(lǐng)導的研究得出的結(jié)論。

這項發(fā)表在《皇家學會B: 生物科學哲學交易》雜志上的研究報告提供了首個基因組證據(jù)，證明大西洋鱈魚在過度捕撈期間僅僅幾十年內(nèi)就進化出了新特征，而科學家們以前認為這種進化變化可能需要數(shù)百萬年。

該研究的高級作者、羅格斯大學環(huán)境與生物科學學院（SEBS）生態(tài)、進化和自然資源系副教授馬林·平斯基表示：“這一發(fā)現(xiàn)得益于新技術(shù)，我們能夠提取并讀取鱈魚的遺傳密碼，其中一些鱈魚已經(jīng)捕撈了110多年，以及能夠檢測遺傳密碼中微小變化的新分析技術(shù)。”

圖片來源：royalsocietypublishing.org

科學家們已經(jīng)注意到，許多過度捕撈的鱈魚在20世紀末發(fā)展出了一種看似有利于生存的特點——早熟并且體型較小，使得它們不太可能被選中捕撈，并且在被捕撈之前更有可能繁殖。然而，對關(guān)鍵基因進行變化的搜索卻沒有成功。

研究人員沒有灰心，他們提出了一個不同的問題。如果變化是同時發(fā)生在許多基因中，而不是只有幾個基因呢？這一新的洞察力，再加上新技術(shù)的支持，推動了羅格斯大學領(lǐng)導的團隊取得了這一發(fā)現(xiàn)。

該研究的第一作者、羅格斯大學環(huán)境與生物科學學院生態(tài)、進化和自然資源系的博士后研究員布倫丹·里德表示：“我們現(xiàn)在已經(jīng)能夠證明，過去100年里，大西洋兩岸的鱈魚基因組中的許多基因確實發(fā)生了相同的變化。這表明，鱈魚確實通過許多基因的微小變化來對捕撈做出進化反應，這是我們以前在任何過度捕撈物種中都沒有明確證據(jù)支持的。”

上圖：地圖顯示了抽樣方案和種群間的差異。（a）抽樣位置和時間。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的數(shù)據(jù)，顯示了大西洋鱈魚（深藍色）的分布情況。（b）每個個體的種群歸屬（以彩色條形表示推斷祖先Q的比例），包括加拿大（1940年和2013年樣本）和挪威（1907年和2014年樣本），以及這些樣本之間的總體時空FST值。圖片來源：royalsocietypublishing.org/

大西洋鱈魚生活在北大西洋的寒冷水域和深海地區(qū)。維基百科的信息顯示，在西大西洋洋流中，鱈魚的分布范圍從北卡羅來納州哈特拉斯角向北延伸，圍繞格陵蘭和拉布拉多海的兩岸；在東大西洋，它從比斯開灣北部一直延伸到北冰洋，包括波羅的海、北海、赫布里底群島海域、冰島周圍和巴倫支海等地。大西洋鱈魚的壽命可長達25年，通常長到100-140厘米，但有時會有超過180厘米和50千克的個體被捕獲。它們在兩歲到八歲之間達到性成熟，這一年齡差異在不同種群中存在，并且隨著時間的推移而有所變化。

由于其溫和的口感和致密的肉質(zhì)而受到歡迎，鱈魚是炸魚條中最常見的食材之一。鱈魚肝臟被加工成鱈魚肝油，是常見的市場上的維生素材料來源之一。

大西洋鱈魚自數(shù)千年以來一直是人類食物的目標，隨著20世紀50年代現(xiàn)代漁業(yè)技術(shù)的出現(xiàn)，捕撈量迅速增加。捕撈鱈魚使用了多種漁具，包括底拖網(wǎng)、底拖長線、丹麥拖網(wǎng)、釣魚和手線。自20世紀50年代以來，許多國家記錄了捕撈到的鱈魚數(shù)量，并嘗試重建數(shù)百年前的歷史捕獲量。國際理事會世界海洋資源評估組織（ICES）和北大西洋漁業(yè)組織（NAFO）收集捕撈數(shù)據(jù)，并結(jié)合其他數(shù)據(jù)，用于評估鱈魚種群根據(jù)管理目標的狀況。東大西洋的捕撈量每年經(jīng)常超過100萬噸，涉及16個種群/管理單元，其中來自東北大西洋鱈魚種群和冰島的捕撈量占大多數(shù)。

20世紀90年代，由于幾十年的過度捕撈，大西洋鱈魚種群數(shù)量降至歷史水平的1%。自1970年代開始，配備先進雷達和聲納系統(tǒng)的強力拖網(wǎng)漁船使商業(yè)漁民能夠在更大的區(qū)域內(nèi)捕撈鱈魚，并進行更深入和更長時間的捕撈。鱈魚資源因此被過度捕撈而枯竭，最終導致漁業(yè)崩潰，正如羅格斯大學領(lǐng)導的研究所展示的，這也引發(fā)了鱈魚的快速進化。

這項新的研究成果為鱈魚種群的可能再次復蘇提供了希望，科學家們表示，自從減少捕撈壓力以來，鱈魚種群正在緩慢復蘇。

該研究原文參見：

Brendan N. Reid, Bastiaan Star, Malin L. Pinsky. Detecting parallel polygenic adaptation to novel evolutionary pressure in wild populations: a case study in Atlantic cod ( Gadus morhua ). Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 2023; 378 (1881) DOI: 10.1098/rstb.2022.0190

參考文獻：

1. Rutgers University. "Overfishing linked to rapid evolution of codfish." ScienceDaily. ScienceDaily, 31 May 2023. <www.sciencedaily.com/releases/2023/05/230531150138.htm>.

2. https://royalsocietypublishing.org/doi/epdf/10.1098/rstb.2022.0190

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Atlantic_cod

編譯：芊佳

審核：綠茵

編輯：Tommy