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香港研究人员合作首次破解广泛分布于西北太平洋的深海帽贝的群体连通性

位于冲绳海槽热泉区的深海帽贝群落。深海帽贝多附着于深海贻贝的贝壳上(白色箭头所示)。(CREDIT:科大)

位于冲绳海槽热泉区的深海帽贝群落。深海帽贝多附着于深海贻贝的贝壳上(白色箭头所示)。(以下图片均来自CREDIT:科大)

深海帽贝在西北太平洋冷泉区(蓝点)与热泉区(黄点)的采样点。 1-3:三个分别位于南海蛟龙海脊、黑岛海丘,与相模湾的冷泉区;4-7:四个位于冲绳海槽的热泉区。右

深海帽贝在西北太平洋冷泉区(蓝点)与热泉区(黄点)的采样点。 1-3:三个分别位于南海蛟龙海脊、黑岛海丘,与相模湾的冷泉区;4-7:四个位于冲绳海槽的热泉区。右下角插图:展示深海帽贝的形态特征(比例尺 = 1 厘米)。

科大海洋科学系讲座教授暨系主任钱培元(左二)与浸大生物系教授邱建文(右二)及研究团队成员科大海洋科学系助理教授王岩(左一)及博士后研究员徐婷(右一)。

科大海洋科学系讲座教授暨系主任钱培元(左二)与浸大生物系教授邱建文(右二)及研究团队成员科大海洋科学系助理教授王岩(左一)及博士后研究员徐婷(右一)。

(神秘的地球uux.cn报道)据EurekAlert!:香港科技大学(科大)与香港浸会大学(浸大)的研究人员合作,首次破解一种广泛分布于西北太平洋深海热泉(hydrothermal vent) 与冷泉区(hydrocarbon seep)的深海帽贝的种群历史、遗传结构,以及群体连通性。这项研究不仅有助我们了解深海生物在栖息地、地形,与洋流互相影响下的迁徙规律、分布历史,以及当代基因流,更可为保育海洋生物多样性及制定环境管理策略提供重要科学依据。

20世纪70年代末至80年代初深海热泉与冷泉区的相继发现,极大地改变了人类对地球上生命进化过程的认知。与主要由光合作用驱动的陆地及浅海生态系统不同,深海热泉与冷泉这种黑暗、高压,并经常伴有高浓度有毒物质的生态环境则主要由化能合成作用驱动。它们广泛分布于地壳运动活跃区,并孕育了多样生命,形成了宛若深海「荒漠」里的「生命绿洲」。然而,随着日趋深入的海洋考察及研究,科学家发现一些物种在深海热泉与冷泉区均有分布,而当中更是相距数百至数千公里。这些发现不禁引人深思:这些深海生物如何实现基因交流?不同生物群落之间是否存在遗传差异?

为了深入探讨这些科学问题,科大海洋科学系讲座教授暨系主任钱培元与浸大生物系教授邱建文率领本港团队,并连同中国海洋大学及日本国立研究开发法人海洋研究开发机构的海洋生物学家,运用群体遗传学分析与物理洋流模型,系统地研究了一种广泛分布于西北太平洋热泉与冷泉区的深海帽贝的种群历史、遗传结构,以及群体连通性。

通过群体遗传学分析,研究团队首次揭示深海帽贝在西北太平洋分为四个亚群,包括一个深海热泉亚群与三个冷泉亚群。研究人员进行种群历史分析,进一步推衍出深海帽贝这四个亚群形成的历史过程:最初深海帽贝分为两个冷泉亚群分支,并分别栖息于较浅水的黑岛海丘(Kuroshima Knoll)冷泉区及较深水的冷泉区域。少数属于黑岛海丘冷泉区的帽贝幼体后来随着太平洋洋流「黑潮」(Kuroshio Current) 的历史迁移而进入冲绳海槽,它们逐渐适应冲绳海槽热泉区的环境,并形成热泉亚群;而分布于较深水的南海蛟龙海脊冷泉区与相模湾冷泉区,则逐步分化为两个较深水亚群分支。该遗传分化可能与吕宋海峡的地理阻隔及南海蛟龙冷泉区近两千年来的甲烷通量下降有关。

研究团队亦通过分析物理海洋模型资料,探讨了地形与洋流如何影响深海帽贝的群体连通性、迁徙途径,以及不同亚群杂交等方面的潜在作用。其中,数值粒子实验揭示了由于冲绳海槽与西北太平洋公开水域的水流受制于冲绳海槽地形 (特别是在水深800 m 及其以下),因此分布于冲绳海槽各个热泉区的深海帽贝呈现出群体的高度连通性与遗传均一性。数值粒子实验亦预示了小部分来自相模湾冷泉亚群的帽贝幼虫可能受到西北太平洋中层洋流的影响,偶然迁徙至冲绳海底热泉,继而出现冷泉亚群与热泉亚群的个体杂交(hybridization) 。

此项研究增进了我们对生活于深海热泉及冷泉区的深海生物,在栖息地、地形,与洋流交互作用下的迁徙规律、分布历史,与当代基因流。身兼科大捷成David von Hansemann 理学教授的钱教授表示:「群体连通性是《生物多样性公约》、国际海事组织与其他联合国专门机构,以及各种国际组织评估特定栖息地生物多样性保护价值的关键标准。因此,这项研究不仅有益于我们了解深海生物的演化机制与群体连通性,而且为保育海洋生物多样性及可持续利用生物资源奠定了理论基础,更为制定区域环境管理计画与构建全球海洋生态系统保护区提供了重要科学依据。」

相关成果已发表于国际学术期刊《分子生物与进化》。




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