阿拉斯加红帝王蟹的遗传多样性与气候适应力-

保持种群内部和种群之间的遗传多样性对于确保物种能够适应具有挑战性的环境条件至关重要。如果没有遗传多样性，一种疾病或一组条件辩护，比如海洋酸化的长期变化，就可能导致一个物种灭绝。

一项新的研究揭示了阿拉斯加红帝王蟹（Alaska red king crab）种群的遗传多样性比最初记录的要多。这表明，面对海洋变暖等不断变化的环境，该物种将更具适应力。但研究人员也表示，任何增加红帝王蟹数量的努力都需要小心，不要影响这种遗传多样性。

该研究题为：全基因组测序揭示阿拉斯加红帝王蟹的实质性遗传结构和局部适应证据（Whole Genome Sequencing Reveals Substantial Genetic Structureand Evidence of Local Adaptation in Alaskan Red King Crab），发表于《进化应用》（Evolutionary Applications）。

Redking crab，图源：Public domain 作者：Haddock L, U.S. Fish andWildlife Service阿拉斯加帝王蟹

从历史上看，红帝王蟹渔业是美国阿拉斯加海域中的一种重要蟹类资源，其渔业在历史上确实占据了非常重要的地位。红帝王蟹因其肉质鲜美、体型大而受到消费者的青睐，也是全球海鲜市场上的热门商品。阿拉斯加的红帝王蟹渔业不仅对该州的经济发展起到了推动作用，而且也是当地社区生计的重要组成部分。

然而，红帝王蟹渔业在20世纪80年代崩溃了对阿拉斯加的渔业产生了深远的影响。1983年，红帝王蟹的种群数量在全州范围内急剧下降，这主要是由于过度捕捞、环境变化以及可能的疾病或寄生虫问题等因素的共同作用。阿拉斯加湾的红帝王蟹渔业自崩溃以来一直处于关闭状态，这是为了保护剩余的种群并防止进一步的资源枯竭。渔业管理者采取了严格的管理措施，包括限制捕捞季节、设定捕捞配额、实施最小尺寸限制以及保护繁殖区域等，以促进种群的恢复。

研究合著者、美国国家海洋和大气管理局阿拉斯加渔业科学中心的遗传学项目经理Wes Larson反思道：“在了解螃蟹生物量下降以及如何恢复种群方面，我们需要更好地了解种群结构和当地适应性。”

为此，研究人员开始着手获取阿拉斯加不同地区红帝王蟹的全基因组测序数据。与以前的方法相比，全基因组测序的好处在于，它类似于阅读生物体组成的完整故事，而不仅仅是一两章。这种整体方法提供了更可靠的分析，以梳理出不同地点之间的相似之处和差异。

新遗传学研究

传统上，关于具有重要商业价值的物种的信息来自渔业相关数据（在商业渔船上所收集）或独立调查（来自科学研究船）。从这些数据中，研究人员收集了关于红帝王蟹丰度、大小、性别、生殖状况、饮食等方面的数据。

而遗传学工具有助于填补传统调查的信息空白，并可用于：

确定原产地
评估当地适应能力
记录遗传多样性和近亲繁殖

全基因组测序建立在过去方法的基础上，增强了在更精细的尺度上检测种群之间重要差异的能力。红帝王蟹生活在不同的环境中——从阿拉斯加北部的沿海海湾到白令海的白令海的开阔海架，以及阿拉斯加东南部和阿拉斯加湾由冰川融化形成的小海湾和峡湾中。

以前的基因研究假设这些地区的红帝王蟹分为三个基因群体：

阿拉斯加东南部
阿拉斯加湾、白令海东部
阿留申群岛、诺顿湾。

然而，以前这些研究使用了较旧的遗传技术，可能无法提供准确定义遗传结构所需的分辨率。本研究中利用来自全基因组测序的高分辨率数据重新研究了这些地区的红帝王蟹的遗传结构。

这项研究的结果揭示了许多信息。科学家们在种群内部发现了显著的遗传结构，以及区域间的遗传多样性。科学家们观察到在某些情况下，这种多样性出现在仅相隔数百公里的种群之间。

“螃蟹有浮游幼体，因此考虑到洋流将这些幼体传播到很远距离的可能性，这非常令人惊讶。然而，这些种群似乎并没有混合，而是在基因上被隔离了。”Wes Larson说

更新的方法比以前的方法提供了更清晰的精细尺度遗传差异。最终，该全基因组测序研究修正了先前的三个基因群体假设。新数据表明，有6个或者7个基因不同的种群，分别为：

阿拉斯加东南部
阿拉斯加湾
阿留申群岛
布里斯托尔湾
普里比洛夫群岛
诺顿湾、楚科奇海

数据显示了阿拉斯加湾和东白令海地区之间以前未被认识到的差异。科学家将这种遗传多样性归因于多种因素的结合，包括来自不同冰川避难所的种群。这些地区在冰河时代一直没有结冰。而最近，由适应驱动的遗传变化即自然选择和遗传漂变即随机的遗传变化可能促成了这种多样性。这项研究记录了大多数种群局部适应的证据。

对渔业管理的影响

研究对红帝王蟹全基因组测序方法是一种更详细的方法，使用的数据比以前的研究多了几个数量级。

研究结果表明，阿拉斯加不同区域的红帝王蟹渔业得到了有效的管理。具体来说，阿拉斯加湾、阿留申群岛、布里斯托尔湾以及普里比洛夫群岛的红帝王蟹种群都实施了独立的管理措施。在这项研究之前，科学界并未意识到布里斯托尔湾和普里比洛夫群岛的红帝王蟹在遗传上存在差异。这一新发现进一步强调了对这些区域的红帝王蟹种群进行分别管理的重要性，以确保渔业的可持续性并保护遗传多样性。

理解种群的结构以及新发现的局部适应性遗传信号，对于防止对具有独特遗传特征的种群进行过度捕捞至关重要。这些信息有助于我们了解局部适应性如何影响种群对不同气候条件的响应。通过研究，我们可能发现某些种群在面对气候变化时，具有更好的适应性和生存潜力，这将对未来的气候条件下它们的存续具有重要意义。

此外，遗传学研究还能揭示种群分布的变化情况。实际上，随着北太平洋地区气候变暖，白令海的生态系统可能已经经历了一些变化。这些变化可能包括种群分布的转移、新物种的迁入或原有物种的迁出，以及种群结构和遗传多样性的调整。通过深入研究这些遗传学变化，我们可以更好地预测和管理渔业资源，确保在气候变化的大背景下，海洋生态系统的健康和渔业的可持续发展。

最后，考虑到阿拉斯加湾的种群数量减少，科学家们原本预期近亲繁殖的可能性会增加，遗传多样性会降低。然而，研究人员并没有发现遗传多样性减少的证据，这意味着在种群数量下降的过程中，遗传健康并未受到影响。这种遗传多样性的基础意味着遗传因素不应该成为限制种群恢复的障碍。

本研究也提供了重要的数据，这些数据对于指导红帝王蟹的增强计划中的亲鱼选择至关重要。增强计划的目的是在孵化场培育幼蟹，然后将它们释放到野外，以此来补充和增加野生种群的数量。鉴于阿拉斯加地区红帝王蟹遗传多样性的显著性，研究强调在实施增强计划时，应该优先选择当地种群的亲鱼，而不是从其他地区引进。这样做的目的是为了保持遗传多样性的完整性，确保种群能够维持对当地环境的适应性。

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编译 | Sara

审核 | Daisy
排版 | 绿叶

参考资料略