为什么须鲸能长这么大？最新研究解开须鲸巨型身躯的基因密码
迄今为止收集到的最大鲸类基因数据集帮助科学家深入“海洋”，了解须鲸进化的“胜利”。这项新研究探索了世界各地广阔海洋中这些不同鲸鱼物种的关键遗传适应性——为它们生存的风险和机遇提供了新的见解。
弗林德斯大学科学与工程学院的博士生加布里埃尔·根蒂说：“与陆地动物相比，我们对现代鲸鱼的遗传多样性知之甚少，因此这些见解提供了有关它们在过去 5000 万年中的辐射和变化的新信息。”
这项研究有助于解释这些令人感兴趣的哺乳动物——从最大的蓝鲸和长须鲸的巨型化，到座头鲸、小须鲸和灰鲸等其他须鲸的潜水和迁徙能力。
该研究使用了 10,159 个基因的数据集，涵盖 15 种鲸类和两种陆地物种——河马和牛（Hippopotamus amphibius和Bos taurus），它们被认为是鲸鱼最接近的陆地亲属。
参考来源：Gabrielle Genty, Jonathan Sandoval-Castillo, Luciano B. Beheregaray, Luciana M. Möller. Into the Blue: Exploring genetic mechanisms behind the evolution of baleen whales. Gene, 2024; 929: 148822 DOI: 10.1016/j.gene.2024.148822
一、什么是须鲸？
须鲸是海洋哺乳动物中的一大类，与我们熟知的齿鲸（如虎鲸、海豚）有着本质的区别。须鲸最显著的特征就是没有牙齿，取而代之的是上颚长有像帘幕一样的角质鲸须。它们利用鲸须来过滤海水，捕食其中的小鱼、磷虾等浮游生物。
须鲸是一个大家族，成员众多，包括蓝鲸、座头鲸、灰鲸、长须鲸等等。它们都有一个共同的特点：用鲸须来过滤海水，捕食小型的海洋生物。大多数须鲸体型都比较大，蓝鲸是其中的佼佼者。许多须鲸种类都有长距离迁徙的习性，以寻找食物和繁殖。
- 蓝鲸：世界上最大的动物，体型巨大，主要以磷虾为食。
- 长须鲸：分布广泛，是第二大的须鲸。
- 座头鲸：以其复杂的歌声和跃出水面的行为而著称。
不同的海洋环境中，食物的分布和种类也不同。为了适应不同的食物来源，须鲸的体型也发生了相应的变化。鲸须是须鲸最重要的适应性特征之一，通过鲸须的不断进化，不同的须鲸物种能够适应捕食不同大小和类型的食物。
你可能难以想象，庞大的须鲸的祖先竟然是一种生活在陆地上的哺乳动物。通过对化石的研究，科学家们发现，鲸类的祖先与现代的偶蹄类动物（如牛、羊、猪）有着共同的祖先。它们曾经生活在陆地上，四肢健壮，以植物为食。随着环境的变化，这些动物逐渐适应了水中的生活，最终演化成了今天的鲸类。
二、须鲸的“巨无霸”之谜，为什么蓝鲸能长这么大？
蓝鲸，这个海洋巨兽，是地球上已知最大的动物。它们的身躯如此庞大，不禁让人好奇：是什么样的力量，让它们进化得如此巨大？
1. 海洋的食物充足：蓝鲸的主要食物是磷虾等小型甲壳类动物，这些生物在海洋中数量庞大，为蓝鲸提供了源源不断的能量。蓝鲸进化出了独特的鲸须，能够高效地过滤海水，捕获大量的食物。庞大的体型意味着更大的口腔和更多的鲸须，从而可以吞下更多的海水，捕获更多的食物。
2. 体型带来的生存优势：庞大的体型有助于保持稳定的体温，减少热量散失。充足的食物供应使得蓝鲸能够储存大量的脂肪，以应对食物匮乏的时期。 庞大的体型使得蓝鲸几乎没有天敌，这为它们提供了安全的生存环境。
3. 基因的奥秘：科学家们发现，蓝鲸的生长激素基因可能发生了某些变异，促使它们能够持续生长，达到如此巨大的体型。蓝鲸的基因组中可能存在复杂的基因调控网络，协调着生长、发育、能量代谢等一系列生理过程，共同促成了它们的巨大体型。
4. 演化的历程：须鲸的体型并非一蹴而就，而是经过了漫长的演化过程。在不同的环境条件下，须鲸的体型不断适应，以获取更多的食物和更好地生存。
须鲸庞大的身躯带来的挑战。庞大的体型使得蓝鲸的行动相对缓慢，在面对一些快速移动的捕食者时，它们可能显得笨拙。蓝鲸的妊娠期长，幼崽的生长速度慢，繁殖率较低。庞大的体型使得蓝鲸对环境变化更加敏感，例如海洋污染、气候变化等。
三、独特的“吃饭工具”——鲸须
鲸须，是须鲸口腔中的一套独特的滤食系统。它由无数排列紧密的角质须板组成，每一块须板都有许多细毛。鲸须的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
- 张大嘴巴吞水： 须鲸首先张开巨大的嘴巴，吞入大量海水，连同其中的浮游生物、小鱼等食物一起。
- 闭上嘴巴挤水： 然后，须鲸会闭上嘴巴，用舌头将海水向外挤压。
- 过滤食物： 海水从鲸须的缝隙中挤出，而食物则被鲸须上的细毛截留。
- 吞下食物： 最后，须鲸会将留在口中的食物吞下。
形象地说，鲸须就像是一个巨大的筛子，将海水和食物分离开来。
四、鲸须的特点及差异
鲸须，是须鲸口腔中的一套独特的滤食系统。它由无数排列紧密的角质须板组成，每一块须板都有许多细毛。形象地说，鲸须就像是一个巨大的筛子，将海水和食物分离开来。鲸须的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
- 张大嘴巴吞水： 须鲸首先张开巨大的嘴巴，吞入大量海水，连同其中的浮游生物、小鱼等食物一起。
- 闭上嘴巴挤水： 然后，须鲸会闭上嘴巴，用舌头将海水向外挤压。
- 过滤食物： 海水从鲸须的缝隙中挤出，而食物则被鲸须上的细毛截留。
- 吞下食物： 最后，须鲸会将留在口中的食物吞下。
科学家们通过对鲸鱼化石的研究发现，早期的鲸鱼是有牙齿的。那么，鲸须是如何演化出来的呢？科学家推测，随着须鲸的祖先逐渐适应滤食生活，牙齿逐渐退化，并演化成了鲸须。 鲸须最初可能只是用于过滤海水中的杂质，后来逐渐演化成高效的滤食器官。 鲸须的演化与海洋环境的变化密切相关。随着海洋中浮游生物的繁盛，滤食成为了获取食物的一种有效方式，促进了鲸须的进化。
不同种类的须鲸，其鲸须的形态、数量和密度都有所不同。这些差异主要与它们所捕食的食物种类和生活习性有关。一些须鲸的须板数量较多，但长度较短，适合捕食较小的浮游生物；而另一些须鲸的须板数量较少，但长度较长，适合捕食体型稍大的食物。须毛的密度也会影响过滤效率。捕食较小的浮游生物的须鲸，其须毛往往更加密集。须板的硬度也存在差异，这与须鲸的生活环境和捕食方式有关。
总的来说，鲸须的多样性反映了须鲸对不同生态环境的适应性，是自然选择的结果，展示了自然界的多样性和神奇。
五、 须鲸基因密码揭示的秘密
如何通过基因研究了解须鲸的进化史？科学家们通过以下几种方法，利用基因组数据来追溯须鲸的进化历程。
- 基因序列比较： 将不同须鲸物种的基因序列进行比较，找出它们之间的相似性和差异性。相似性表明它们具有共同的祖先，差异性则反映了它们在进化过程中所经历的分化。
- 分子钟： 基因序列会随着时间的推移而发生突变。通过比较不同物种之间的基因差异，并结合化石记录，科学家可以估算出这些物种的分化时间。
- 基因组结构分析： 通过分析不同须鲸物种的基因组结构，可以发现一些与适应性进化相关的基因组重排、基因复制等事件。
在须鲸基因组中的实验中， 科学家们发现，鲸须的形成与一组控制角质蛋白生成的基因密切相关。通过研究这些基因的演化，可以揭示鲸须是如何从牙齿演化而来的。一些深海须鲸物种的基因组中，发现了一些与深海环境适应相关的基因，例如调节氧气利用、耐高压等。 对于具有迁徙行为的须鲸物种，科学家们发现了一些与导航、季节性繁殖等行为相关的基因。 须鲸的免疫系统基因也存在多样性，这与它们所面临的病原体环境有关。
须鲸基因研究可以帮助科学家识别出不同的须鲸种群，为制定针对性的保护措施提供依据。 通过评估须鲸种群的遗传多样性，可以了解种群的健康状况，并预测其未来的发展趋势。 通过研究须鲸的适应性进化，可以更好地了解它们对环境变化的响应，从而为保护工作提供科学指导。
基因组学为我们研究须鲸的进化提供了强大的工具。通过对须鲸基因组的深入研究，我们可以更好地了解它们的起源、演化历程以及与环境的相互作用。这些研究成果对于保护濒危的须鲸物种具有重要的意义。
那么，在全球气候变化下，须鲸会如何应对呢？须鲸的基因组中是否蕴藏着应对气候变化等环境压力的线索？
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