新聞科研進展
在演化生物學中，物種分化與物種形成是解釋生物多樣性起源的核心科學問題之一。不同種群如何在生態選擇與遺傳變異的共同作用下產生分化，并最終演化為彼此獨立的新物種，是理解適應性輻射、生態分化及基因組演化規律的關鍵。魚類由于其生態類型豐富、形態可塑性強、演化速率差異顯著等因素，成為研究物種形成機制的理想類群。其中，高原魚類在強烈環境梯度和地理隔離背景下的快速分化過程，以及非洲三大湖慈鯛魚類在短時間內發生的大規模適應性輻射，被公認為研究魚類物種分化與快速物種形成的經典模型。
近日，中國科學院水生生物研究所何舜平院士團隊與英國布里斯托大學Martin J Genner教授合作，在非洲馬拉維湖慈鯛魚類的體型演化與快速物種形成研究中取得新進展。研究聚焦馬拉維湖流域開放水域捕食性慈鯛魚類Rhamphochromis屬（圖1），系統解析了體型差異在該類群快速物種分化過程中的演化模式及其基因組基礎。研究團隊利用全基因組測序數據發現，Rhamphochromis屬魚類顯著的體型差異在演化過程中多次獨立產生，并伴隨著明確的古老種間雜交信號。通過全基因組關聯分析，鑒定出一系列與體型大小顯著相關的遺傳變異，這些變異主要富集于與脊椎動物骨骼發育和神經系統功能相關的基因，表明體型演化并非單一性狀變化，而是與形態建成和行為調控網絡密切耦合。
研究進一步以馬拉維湖流域內一個直徑僅約600米、與馬拉維湖地理隔離但水系相連的火山口湖——Kingiri湖為研究體系，深入解析同域物種形成過程。結果顯示，Kingiri湖中兩種同域共存、生態形態顯著分化的Rhamphochromis物種（一種小型體型，另一種大型體型）擁有共同的祖先，并在約2000年前發生快速分化。群體基因組分析表明，在這一極短時間尺度內，大體型物種受到強烈的定向選擇作用，選擇信號主要集中于與解剖結構發育和神經系統功能相關的遺傳變異，支持體型相關性狀在同域物種形成中的關鍵驅動作用。
該研究從基因組層面為“體型驅動的生態物種形成”提供了直接證據，表明體型相關遺傳變異是馬拉維湖慈鯛魚類大規模適應性輻射過程中的重要選擇靶標，也證明了在火山口湖這一特殊生態系統中，同域物種形成可以在極短時間內快速完成。相關研究成果以“Dynamic body size evolution during speciation of predatory cichlid fishes in the Lake Malawi superradiation”為題，發表于Genome Research。水生所楊連東研究員與英國布里斯托大學Holly Scott為論文共同第一作者，英國布里斯托大學Martin J Genner教授為通訊作者。
圖1. 非洲馬拉維湖及其衛星湖的分布與Rhamphochromis屬魚類的體型大小變異
近年來，何舜平院士團隊圍繞“魚類物種形成與基因組演化機制”持續開展系統研究，逐步構建起從高原到熱帶湖泊、從地理隔離到同域物種分化的研究框架。2023年1月，團隊在National Science Review發表青藏高原的裂腹魚類同域物種形成的成種模式，揭示了生態分化驅動的快速遺傳隔離機制；2023年2月在Science China Life Sciences報道了青藏高原的黑斑原鮡對激流環境的適應性演化機制；2023年5月在Molecular Biology and Evolution系統解析了青藏高原的高原鰍屬魚類的網狀進化歷史。上述成果與本次馬拉維湖慈鯛魚類研究相互呼應，從不同生態背景和時間尺度出發，系統揭示了魚類物種分化與快速物種形成的多樣化演化路徑，進一步鞏固了水生所在該研究領域的國際影響力。
相關論文鏈接：
1）Genome Research論文：Dynamic body size evolution during speciation of predatory cichlid fishes in the Lake Malawi superradiation
https://genome.cshlp.org/content/36/5/949
2）National Science Review論文：Sympatric or micro-allopatric speciation in a glacial lake? Genomic islands support neither
https://doi.org/10.1093/nsr/nwac291
3）Science China Life Sciences論文：Enlarged fins of Tibetan catfish provide new evidence of adaptation to high plateau
https://link.springer.com/article/10.1007/s11427-022-2253-7
4）Molecular Biology and Evolution論文：The Role of Introgression During the Radiation of Endemic Fishes Adapted to Living at Extreme Altitudes in the Tibetan Plateau