走路摇摇摆摆、不时一个猛子扎入南极冰凉海水中潜泳的企鹅，也曾翱翔于蓝天？生物演化往往出乎人们的意料。苦寒的南极大陆，是如何让前来定居的企鹅放弃了飞行能力，转而具备了鸟类中最强的潜泳能力的？

近日，我国科学家领衔的中外联合团队通过多学科联合的方式重建了企鹅的起源与演化过程，并以此为案例揭示了环境变化、气候及地质事件对企鹅物种形成的影响，找到了一系列关键性状的分子基础解释了企鹅如何二次适应海洋生态环境。该研究7月19日在权威学术期刊《自然·通讯》上发表。

▲近代企鹅（特蕾莎·科尔等 绘）

大约在六千万年前，企鹅失去了飞行能力，转而具备了鸟类中最强的潜泳能力。“企鹅拥有高度适应海洋环境及南极等极端环境的特征。”论文共同第一作者深圳华大生命科学研究院的周程冉博士介绍，观察企鹅的演化历程，研究企鹅重返海洋的机制，探索环境变化的影响，让科学家有机会了解生物适应水生环境及极端环境的机制，也可让人类更好地认识和保护企鹅。

此次研究中，科学家收集并构建包括已灭绝物种在内的几乎所有已知的74种企鹅的数据。这是首次在全球范围内公开所有近代企鹅物种的高质量基因组，包括亚种、地方支系以及近期灭绝的企鹅物种。

▲重建的企鹅演化关系（特蕾莎·科尔和周程冉绘）

论文通讯作者浙江大学生命演化研究中心的张国捷教授说：“通过这些数据，我们有机会全面地揭示企鹅这一大类群的物种形成和灭绝过程。结合古地质及气候信息，这项研究揭示，地质、气候、环境变化是物种形成和分化重要外在推动力。”

现生企鹅的共同祖先出现在大约1400万年前，之后气候环境的变化推动了企鹅物种的快速分化，在分化过程中还伴随着复杂的基因流动，这些对现生企鹅的形态多样性的塑造造成了巨大的影响。

传统观点认为，热带或温带生物相对极地生物会有更快的演化速率。但研究发现，帝企鹅等高纬度企鹅具有比低纬度企鹅更快的演化速率。这说明，南极环境引起的压力与历史气候波动等因素一同推动了企鹅的扩散与分化，也在一定程度上促进了高纬度物种对极地环境的适应。

▲生活在南极大陆的帝企鹅（深圳华大生命科学研究院供图）

通过研究，科学家找到了如体温调节、视觉改变、氧结合等企鹅适应特殊环境的相关重要基因。比如，研究人员发现了企鹅血红蛋白和肌红蛋白的突变位点，这些突变使企鹅能更好地利用血液中的氧，从而延长了潜水时间。而光敏感基因的改变，使企鹅可以看见紫外光等短波长光，具有敏锐的水下视觉。

论文作者之一、中国科学院动物研究所的张德兴研究员提到，在过去六千多万年的漫长时间里，随着地球板块和大气二氧化碳浓度的变化，企鹅经历了巨大的环境变化，尤其是从温暖亚热带到“寒冰地狱”的变迁，但是每次环境剧变后都有企鹅支系能脱颖而出、繁荣兴盛。这提示企鹅有极强的演化适应能力。

该研究是科技部国家重点研发计划“海洋环境安全保障”专项的重要组成部分，也是由我国科学家发起和主导的“万种鸟类基因组国际项目”的成果之一。

本项工作综合了古生物，基因组，古环境气候等信息，完整的刻画了一大类群物种的宏观演化过程，阐述了推动这一过程的内在遗传和外在环境因素的影响，将为更多研究提供参考。

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