《科學(xué)》雜志新聞欄目近日?qǐng)?bào)道李家堂研究團(tuán)隊(duì)的溫泉蛇系列研究成果。中科院成都生物研究所供圖

世界上大多數(shù)蛇類(lèi)生活在熱帶或亞熱帶地區(qū),為什么神奇的溫泉蛇長(zhǎng)期生活在高海拔地區(qū),且能夠在高原隆升和冰河期的劇烈氣候變化中幸存下來(lái)?記者13日從中科院成都生物研究所獲悉,《科學(xué)》雜志新聞欄目近日以《Secrets of Tibet’s hot-spring snakes revealed》為題對(duì)中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所李家堂研究團(tuán)隊(duì)的溫泉蛇系列研究成果進(jìn)行了報(bào)道。根據(jù)中國(guó)科研人員研究,溫泉蛇的起源和演化與青藏高原的形成和隆起有著密切的聯(lián)系。

文章提到,自2015年起,李家堂研究團(tuán)隊(duì)聚焦溫泉蛇高原極端環(huán)境適應(yīng)與演化機(jī)制相關(guān)研究,于2018年首次公布了西藏溫泉蛇基因組草圖,并揭示了溫泉蛇屬物種適應(yīng)高原低氧及強(qiáng)紫外的遺傳機(jī)制。在此基礎(chǔ)上,中國(guó)科研人員結(jié)合行為學(xué),比較基因組學(xué)以及膜片鉗實(shí)驗(yàn)等技術(shù)方法,進(jìn)一步揭示了溫泉蛇溫度感知能力的進(jìn)化遺傳機(jī)制?；诟碌母哔|(zhì)量基因組,中國(guó)科研人員還開(kāi)展了西藏溫泉蛇和四川溫泉蛇的群體基因組學(xué)研究,為其保護(hù)提供重要科學(xué)支撐。

青藏高原具有氣候寒冷、氧氣含量低、紫外線強(qiáng)烈等特點(diǎn),對(duì)高原上生活的動(dòng)物來(lái)說(shuō)是巨大的挑戰(zhàn),同時(shí)也是研究動(dòng)物對(duì)高海拔環(huán)境適應(yīng)的天然實(shí)驗(yàn)室。此前已有關(guān)于人類(lèi)、牦牛等恒溫動(dòng)物適應(yīng)高原環(huán)境遺傳機(jī)制的研究,但缺乏變溫動(dòng)物的相關(guān)研究。溫泉蛇是揭開(kāi)變溫動(dòng)物高海拔適應(yīng)之謎的良好動(dòng)物模型。

青藏高原溫泉點(diǎn)和溫泉蛇的分布以及行為學(xué)實(shí)驗(yàn)。中科院成都生物研究所供圖

溫泉蛇屬是中國(guó)特有珍稀保護(hù)物種,為國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物,也是世界上分布海拔最高的蛇類(lèi)類(lèi)群之一,均生活于青藏高原海拔3500米至4400米的地區(qū)。世界上大多數(shù)蛇類(lèi)生活在熱帶或亞熱帶地區(qū),高原的寒冷環(huán)境通常不利于蛇類(lèi)的繁衍生息。溫泉蛇作為世界上分布海拔最高的蛇類(lèi)類(lèi)群之一,并且能夠在高原隆升和冰河期的劇烈氣候變化中幸存下來(lái),意味著其必然具有特殊的溫度適應(yīng)策略。

中國(guó)科研人員結(jié)合野外調(diào)查和文獻(xiàn)調(diào)研,整理了高原地?zé)豳Y源以及溫泉蛇的分布信息,發(fā)現(xiàn)溫泉蛇高度偏好溫泉生境。通過(guò)趨熱行為學(xué)實(shí)驗(yàn)證明,相較于另外兩種低海拔蛇類(lèi),溫泉蛇能夠更快速地定位到高溫區(qū)域,且對(duì)高溫區(qū)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的偏好,提示溫泉蛇具有高效的溫度感知能力。

溫泉蛇的起源和演化與青藏高原的形成和隆起有著密切的聯(lián)系。中國(guó)科研人員還開(kāi)展了西藏溫泉蛇群體基因組學(xué)研究,探究該物種的群體遺傳結(jié)構(gòu)、種群歷史動(dòng)態(tài)以及對(duì)群體分化產(chǎn)生作用的地理、氣候以及微環(huán)境等趨動(dòng)因素。

基于全基因組SNPs分析表明,西藏溫泉蛇在遺傳上被分為三個(gè)類(lèi)群,按地理分布被定義為西部、中部和東部類(lèi)群,其中西部類(lèi)群與另兩者遺傳差異最大;盡管存在分化,但群體間廣泛存在基因流。其中,中部分類(lèi)群因其所處地理位置特殊性一定程度上承載了東、西部類(lèi)群基因交流傳遞的角色;對(duì)西藏溫泉蛇的種群歷史動(dòng)態(tài)研究則提示,氣候因素、地理結(jié)構(gòu)以及溫泉微環(huán)境差異對(duì)促進(jìn)其分化和塑造其分布格局具有重要作用。

同時(shí),作為國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)物種,中國(guó)科研人員對(duì)西藏溫泉蛇遺傳多樣性等內(nèi)容進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,西藏溫泉蛇具有較低的基因組雜合度,較高的近交系數(shù)以及遺傳負(fù)荷;對(duì)西藏溫泉蛇的染色體結(jié)構(gòu)變異分析也反映出該物種較低的多樣性水平。研究成果可為西藏溫泉蛇及其他高原物種保護(hù)策略的制定提供科學(xué)支撐。