来源：Cell/Hu et al.
来源 Cell Press
一种名为 Takakia 的藻苔属自 3.9 亿年前以来，一直生存在地球上一些最偏远的地方，包括青藏高原的冰冷悬崖。在一个长达十年的项目中，一个科学家团队爬上了世界上最高的山峰，找到了它们，首次对其 DNA 进行了测序，并研究了气候变化是如何影响苔藓的。相关研究结果 8 月 9 日发表于《细胞》（Cell）。研究表明这种藻苔属是迄今为止研究过的进化最快的物种之一，但它的进化速度可能还不足以使其在气候变化中生存下来。
藻苔属是一种微小的、生长缓慢的苔藓，只能在美国、日本和西藏的部分地方找到。研究人员进行了 18 次科考，到达喜马拉雅山脉 4000 米高的苔藓家园，收集到样本，并研究了其栖息地。“我们描述和分析了一个活化石。”德国弗莱堡大学植物生物技术专家 Ralf Reski 说。
“在喜马拉雅山，你可以在一天内体验到四季。”首都师范大学植物生物学家、联合科考队队长胡若洋补充说，“山脚下，阳光明媚，晴空万里。当你走到一半的时候，总会下着小雨——感觉就像在云中行走。当你到达山顶时，就会下雪，而且非常冷。”
“只有一半的路可以开车到达。我们不得不爬上剩下的路。”联合科考队队长、首都师范大学植物生物学家李学东说，“在我们十年的研究中，有三个学生得了高原病。多亏了我们的西藏导游，我们及时将他们转移到海拔较低的地方，为他们提供治疗。”
藻苔属已经有 1 亿年的历史了，它的栖息地也曾极大地改变，这迫使它迅速适应——它确实适应了。“我们希望尽可能深入了解第一批陆地植物的历史，看看它们能告诉我们哪些关于进化的信息。”Reski 说，“我们发现藻苔属拥有着最多快速进化基因，它在基因层面上非常活跃。”
研究小组发现，藻苔属基因组经过几代的选择进化，在修复断裂 DNA 和从紫外线损伤中恢复等方面表现出色。论文作者、首都师范大学植物生物学家何奕騉说：“这些植物每年有 8 个月被大雪覆盖，然后在 4 个月的光照期遭受高强度紫外线辐射。”作为回应，植物利用灵活的分支系统适应了在不同地点生长。“因此，这种连续的分支形成了一个网络结构和一个非常坚固的种群结构，可以有效地抵御强暴风雪的入侵。”
对藻苔属基因组进行测序也有助于结束长期以来关于其分类的争论。“人们想知道，这真的是苔藓吗，还是像藻类或苔类的东西？因为它具有许多古老特征的组合。”Reski 说，“但我们的研究表明它是一种苔藓。”
虽然藻苔属的基因组随着时间的推移发生了巨大的变化，但它的形态几乎没有改变。“你通常会认为，如果基因组中有很多突变，在某些时候外形也会改变。我们希望这些发现能激发一个全新的研究领域——改变基因组，但形态不变的进化。”Reski 说。
研究小组还研究了藻苔属的生长环境。他们发现，即便在这些区域，气候正在稳步变暖，高原上的冰川正在迅速融化。他们还观察到，苔藓受到的紫外线辐射比以往任何时候都要高。实验室研究表明，藻苔属现在经历的紫外线辐射水平足以杀死其他适应恶劣环境的植物。
此外，研究人员指出，尽管这些苔藓过去在快速适应方面取得了成功，但现在它越来越难找到，即使对研究人员来说也是如此。事实上，研究人员发现，在项目进行中，西藏的藻苔属每年减少约 1.6%。胡若洋说:“我们预测，在 21 世纪末，全世界适合藻苔属生长的地区将缩小到只有大约 1000~1500 平方公里。”作者们都认为，这些小苔藓 100 年后可能不会再存活下去了。
为了帮助提高这些苔藓的生存几率，作者建议向公众宣传这些不太为人所知的物种，比如藻苔属。他们还建议国际社会共同努力，整合资源，以便研究人员能够继续研究并采取措施保护藻苔属，例如在实验室中培育它们。
“我们正试图在实验室繁殖一些藻苔属，然后将它们移植到我们在西藏的试验点。”何奕騉说，“经过5 年的持续观察，已经发现一些移植藻苔属能够存活并茁壮成长，这可能是藻苔属种群恢复的曙光，或者至少推迟了它们灭绝。”
“人们有责任在生物多样性保护和恢复中发挥更积极的作用。” 胡若洋说，“我们不仅要关注那些可爱的动物，比如熊猫、北极熊、白海豚，还要密切关注这些稀有的小物种。它们在气候变化下更加脆弱，比如藻苔属。”
“人类喜欢认为自己处于进化的顶端。”Reski 补充说，“但是恐龙来了又走了，如果我们不小心保护我们的星球，人类也可能会这样。其实，你可以从最简单的植物身上了解到很多关于这个星球的历史，也许还有未来。”
论文信息
【标题】Adaptive evolution of the enigmatic Takakia now facing climate change in Tibet
【作者】Ruoyang Hu, Xuedong Li, Yong Hu,…Ralf Reski, Yikun He
【期刊】Cell
【日期】August 09, 2023
【DOI】https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.07.003
【摘要】The most extreme environments are the most vulnerable to transformation under a rapidly changing climate. These ecosystems harbor some of the most specialized species, which will likely suffer the highest extinction rates. We document the steepest temperature increase (2010–2021) on record at altitudes of above 4,000 m, triggering a decline of the relictual and highly adapted moss Takakia lepidozioides. Its de-novo-sequenced genome with 27,467 protein-coding genes includes distinct adaptations to abiotic stresses and comprises the largest number of fast-evolving genes under positive selection. The uplift of the study site in the last 65 million years has resulted in life-threatening UV-B radiation and drastically reduced temperatures, and we detected several of the molecular adaptations of Takakia to these environmental changes. Surprisingly, specific morphological features likely occurred earlier than 165 mya in much warmer environments. Following nearly 400 million years of evolution and resilience, this species is now facing extinction.
【链接】https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00736-5
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