科學家主導構(gòu)建全球海馬起源與擴散路徑圖

2 月17 日，《自然—通訊》在線發(fā)表了中國科學院南海海洋研究所研究員林強團隊聯(lián)合中國科學院昆明動物研究所、德國康斯坦茨大學等的最新研究成果。他們闡明了全球海馬生物地理格局特征及其多樣性形成機制，構(gòu)建了全球海馬起源與擴散路線“一張圖”，為全球海洋生物的擴散及其多樣性演化研究提供了重要的研究范式。

牽頭負責該研究計劃的林強表示，該研究以全球海馬種群為研究對象，首次明確了印-太交匯區(qū)的印-澳群島海域是全球海馬的起源中心，并原創(chuàng)性揭示了在地質(zhì)、洋流驅(qū)動下海馬全球擴散路徑的時空特征及生態(tài)適應(yīng)與進化機制，提出了印-太海馬類群由古特蒂斯海和南非好望角兩條路徑先后進入大西洋海域的新觀點。

與陸地生物不同，在全球海洋范圍內(nèi)，海洋生物起源與全球擴散機制及生物多樣性形成一直是國際上飽受爭議的核心科學問題，在海洋生物的全球多樣性形成及其驅(qū)動機制等研究方面，一直缺少全球大洋綜合尺度的研究。

“海馬游泳能力弱，個體擴散依賴于地質(zhì)活動和洋流，而且擴散過程同步伴隨了體型大小、棘刺分化和體色等豐富的表型分化，因此，在探究全球海洋生物擴散與多樣性形成機制研究方面，海馬具有天然優(yōu)勢。”林強說，海馬因其具有獨特體型和“雄性育兒”行為而受到人們的廣泛關(guān)注和喜愛。

據(jù)介紹，海馬游泳能力很弱，卻全球廣泛分布，41 種海馬分布于全球溫帶和熱帶淺海，其中，在印-太交匯區(qū)具有最高的生物多樣性水平。科學家通過對全球21 種優(yōu)勢海馬的基因組學研究，首次闡明海馬的起源中心及在全球?qū)用娴臄U散模式與時空路徑特征，并揭示了海馬多樣性形成過程中的性狀演化機制。

研究人員研究證實，海馬在大約2000 萬—2500 萬年前首先起源于印-澳群島，并逐漸向印度洋擴散；伴隨著古特蒂斯海關(guān)閉和古代洋流作用，印-太海域起源的海馬先后兩次按照不同路線進入大西洋：約1330 萬年前，一支海馬祖先通過尚未關(guān)閉的古特蒂斯海進入北大西洋；約360 萬年前，古特蒂斯海關(guān)閉，另一支海馬祖先南下，繞過非洲好望角進入南大西洋。

研究人員同步闡明了印-太交匯區(qū)海馬多樣性中心的形成是“源”與“匯”雙重作用的結(jié)果：海馬在印-澳群島起源后，在印-太交匯原地分化產(chǎn)生了大量新種，同時，古特蒂斯海關(guān)閉導致海馬新種加速產(chǎn)生，并反向擴散回到起源地，進一步增加了印-太交匯區(qū)的物種多樣性。

研究人員還發(fā)現(xiàn)海馬在全球擴散過程中多次獨立進化形成體表棘刺性狀，能夠有效提高海馬對捕食者的防御能力，并通過基因編輯技術(shù)首次找到了調(diào)控海馬棘刺產(chǎn)生和分化的關(guān)鍵基因。據(jù)悉，海馬在全球擴散過程中，部分物種出現(xiàn)了顯著的性狀分化。

該研究為探索國際大洋生物資源從印-太海域向大西洋海域遷移與演化規(guī)律等提供了重要的研究范式，為后續(xù)深入揭示全球海洋生物的擴散及其多樣性演化機制提供了新的思路和見解。