研究揭示麻雀对青藏高原特殊环境适应机制

最近，《国家科学评论》在线发表的一项成果在该领域创造了许多第一。该研究小组首次在世界范围内阐述了高原适应过程的早期阶段，并提出了一种新的物种适应特殊环境的动力机制。研究者首次发现了高原适应背景下物种的多基因适应机制，极大地拓宽了物种适应新环境的研究视野和角度，为理解极端环境下物种的适应和进化提供了新的范例。

这项成果是由第二次青藏科学考察中的动物多样性保护和可持续利用专题研究小组完成的。

物种如何快速有效地适应不断变化的自然环境是它们生存和种群定居的必要条件。被称为“世界屋脊”的青藏高原代表了世界上最恶劣的高原环境之一，但是许多生物在那里繁衍生息。以往对鸟类、动物和人类的研究主要集中在表型分化后期的高分化群体，高原适应的初始阶段尚不清楚。

研究小组通过研究附近最常见麻雀的群体基因组，结合转录组、心肌和飞行肌肉组织的形态特征，发现了麻雀对高原环境的早期适应机制。

树麻雀是伴生物种，与人类活动密切相关。通过对种群遗传结构、历史动态和全基因组性状基因关联的分析，科学家发现树麻雀是在青藏高原高海拔地区农业文明发展之后(约3600年前)才在青藏高原定居的。短短几千年间，它们的心肌和飞行肌肉发生了明显的变化，这些特征与它们对低氧和低温环境的适应性直接相关。对高海拔和低海拔麻雀种群基因组学的比较研究表明，它们的遗传分化很弱，与高分化表型有显著差异。

遗传和表型之间的这种不一致性使研究人员怀疑性状的可塑性，尤其是短期压力，可能是高原树麻雀表型变化的一个重要原因。通过对低海拔树麻雀进行为期一个月的低氧习服实验，研究人员发现，在低氧习服实验中，心肌和飞行肌的相关特性没有表现出短期应激变化。因此，表型可塑性不能解释高原适应的主要表型变化。

科学家对树麻雀高海拔和低海拔种群基因组学的比较研究发现，与基因组背景相比，全基因组中一系列与高原适应性性状相关的基因(如与肌肉发育相关的基因)具有更高的遗传分化。与表型性状密切相关的多个基因位点同时发生频率变化，这推动了肌肉等表型性状的快速变化。这种过程通常也被称为多基因适应。

此外，研究人员还发现树麻雀的高海拔适应处于多基因效应和生理可塑性变化的交汇点，具有可塑性变化和遗传效应。与具有长期适应和进化历史的鸟类相比，树麻雀性状的变化可能更多地处于“亚健康状态”，这是多基因效应和生理可塑性变化的交集。

相关论文信息:https://academic.oup.com/nsr/article/7/1/113/5567447