洋流和环境因素，如何影响沿海生态系统的遗传多样性

海洋生态系统深受海洋力的影响，海洋力决定了种群的遗传结构模式。沿海生态系统（尤其是上升流系统）中的扩散机制与环境变异之间的相互作用是科学界越来越感兴趣的话题。

近年来，基因组技术和环境建模的进步使得将遗传模式与塑造海洋环境的物理和生物因素联系起来成为可能。一项新的研究探讨了海洋驱动的扩散和环境变化如何塑造上升流沿海生态系统的遗传结构的最新研究，为这些动态过程提供了新的视角。

什么是上升流系统？

上升流系统是深层、营养丰富的水上升到表面的区域，为初级生产力提供动力并支持多样化的海洋生物。这些系统通常位于大陆海岸线沿线，尤其是太平洋东部边界上升流系统 (EBUS) 等地区。上升流区域以其高生物生产力而闻名，因为营养物质的涌入支持了大量浮游生物、鱼类和其他海洋生物。

洋流、潮汐和波浪可以推动幼体和成年海洋生物的移动，从而影响种群之间的基因流动。海洋物种的遗传结构不仅受到陆地和洋流等物理障碍的影响，还受到温度、盐度和氧气水平等微妙的环境梯度的影响。这些因素以复杂的方式相互作用，创造出动态环境，既可以促进也可以限制海洋种群之间的基因流动。

在上升流系统中，这些环境梯度尤其明显。水温和营养物质供应的变化会直接影响海洋物种的生长率和繁殖成功率。因此，上升流区域的遗传多样性分布可能不遵循简单的地理模式，而可能反映了这些环境梯度和海洋学过程的相互作用。

海洋遗传传播及其机制

洋流是海洋生物幼体扩散的主要驱动力。通过将幼体运送到很远的地方，洋流可以将遥远的种群连接起来，促进基因流动。这种扩散通常对于维持种群内的遗传多样性至关重要，尤其是对于扩散能力有限的物种而言。

在上升流区，洋流可能特别强，导致幼虫大规模运输。这些洋流可能将沿海或跨区域海洋盆地的种群连接起来。这些洋流的方向和强度会随季节变化，进一步影响扩散模式。这种季节性变化可能导致不同的遗传模式，具体取决于幼虫释放的时间和水团的流动。

海洋生物经常受到小规模环境变化的影响，例如温度梯度、盐度波动和栖息地异质性。这些微生境可以创造局部环境，物种的适应方式可能与其他地区的种群不同。结果是，即使在相对较小的地理区域内也可能发生遗传分化，这取决于种群所经历的特定环境压力。

在上升流区，这种微生境尤其明显。例如，上升流强度的变化或表面可用营养物质数量的局部差异可以为物种创造不同的条件。栖息在这些地区的种群可能会经历不同的选择压力，导致局部适应，并最终导致遗传分化。

环境梯度与遗传结构

海景遗传学是一个新兴领域，它将遗传学与海洋环境的空间和生态特征相结合。通过研究遗传变异与海洋和环境因素的对应关系，科学家们正在深入了解种群在空间和时间上的结构。这种方法可以更细致地了解物种如何适应其环境以及这些环境如何影响基因流动。

影响海洋生态系统遗传结构的主要环境因素之一是温度。水体中的温度梯度可直接影响海洋生物的生理过程，影响其生存、生长和繁殖。在上升流区，地表水的温度可能会剧烈波动，为必须适应这些快速变化的物种创造了极具挑战性的环境。

其他因素，如盐度、氧气水平和营养物浓度，也在塑造遗传模式方面发挥着至关重要的作用。例如，盐度梯度可以形成种群间基因流动减少的区域。适应特定盐度水平的物种可能难以在盐度超出其最佳范围的地区生存，从而导致种群间出现遗传分化。

此外，营养物质的可用性对海洋生态系统的生产力起着至关重要的作用。上升流区的特点是营养物质可用性高，支持着各种海洋生物。然而，营养物质浓度的波动会影响物种的分布，并形成限制基因流动的环境障碍。生活在营养物质浓度较高地区的种群可能与营养物质贫乏地区的种群相比，承受着不同的生态压力，从而导致遗传分化。

新的研究发现

智利科学家引导的一项新的研究，结合全基因组SNP数据、基于流体动力学模型的拉格朗日幼虫扩散模拟 和海洋环境信息，量化了海洋环流和环境异质性的相对贡献。

研究发现，海景变量（如海洋环流和局部环境梯度）对海洋物种的遗传多样性模式有重大影响，这些因素推动了上升流生态系统中的种群分化。洋流和环境条件的分布在形成扩散模式方面发挥着关键作用，区域环流可以促进或限制基因流动，从而导致基因同质性或分化。

具体而言，对于Scurria scurra来说，平均海洋环流被发现是遗传结构的重要驱动因素。对于Scurria araucana来说，环境变化比海洋环流更能预测其遗传结构​。

研究表明，平均海洋环流是一个重要的海景特征，海景特征的变化加上地理障碍对遗传多样性有显著影响。该研究强调了海景强迫遗传多样性的广泛模式，有助于理解沿海上升流系统中的生态和进化相互作用。

思考

环境变异导致不可逆转的遗传分化的阈值是多少？ 虽然已知环境变异会影响遗传结构，但尚不清楚多大程度的变异对于种群维持遗传连通性而言是过度的。在什么情况下，环境压力会导致永久性的遗传分化甚至物种形成？海洋屏障（如深海沟或大岛）如何与较小的局部环境因素相互作用来影响基因流动？

参考文献：Lívia Peluso, Juan Faúndez, Sergio A. Navarrete, Bernardo R. Broitman, Christopher M. Aiken & Pablo Saenz-Agudelo， Oceanographical-driven dispersal and environmental variation explain genetic structure in an upwelling coastal ecosystem. Scientific Reports volume 14, Article number: 21942 (2024) ，doi.s41598-024-72841-x

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