生物通报道：四十年来，来自附近制造业工厂的废物流入新贝德福德港口——美国马萨诸塞州东南部一个18,000英亩的繁忙港口。这个港口，已被多氯联苯（PCBs）和重金属污染，是美国环保署（EPA）最大的超级基金清理地点之一。同时，这里也是伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的研究人员一直都想解决的一个进化谜团所在地。

大西洋鳉鱼（Fundulus heteroclitus）——一种约三英寸长的常见河口鱼类，不仅能够耐受这个港口的有毒环境，似乎还在那里蓬勃生长。为什么它们能够适应和生存在这样一种高度污染的环境里呢？

在最近的《BMC Evolutionary Biology》杂志上发表的一项最新研究发现，一个受体蛋白（称为芳烃受体2，AHR2）的变化，或许可以解释新贝德福德港口鳉鱼如何进化出对PCBs的遗传抗性。

鳉鱼属于不迁徙的饵料鱼，它们一生都生活在同一地区，一般在几百码的区域内进行孵化。不同于那些夏季偶尔进出港口觅食的鱼类，鳉鱼全年都待在那里，在冬天埋入受污染的沉积物中。

通常，当鱼类接触有害化合物时，其身体中分解污染物的酶的产量会提高，这个过程受到AHR2蛋白的控制。一些PCBs并没有通过这种方法被分解掉，它们对AHR2的持续刺激会破坏细胞的功能，从而产生毒性。在新贝德福德港口鳉鱼中，AHR2系统已经对这种效应产生了抗性。

本文的共同作者、WHOI的生物学家Mark Hahn指出：“鳉鱼会设法关闭这个通路。这是某些种群为何能够适应其环境改变的一个例子。”

该研究小组包括来自EPA大西洋生态部门、波士顿大学公共卫生学院和北卡罗来纳大学的研究人员，他们采用一种“候选基因”的方法，在来自新贝德福德港口和其它6地点（个东北部海岸，包括清洁和污染的地点）的鳉鱼中，测定了三个候选抗性基因（AHR1、AHR2、AHRR）的蛋白编码部分。

在DNA序列中寻找单核苷酸多态性（SNPs）或细微变化的过程中，研究人员发现，在生命早期阶段毒副反应介导过程中，AHR2基因的差异发挥着重要作用。

本文的共同作者、Hahn实验室的生物学家Sibel Karchner称：“这种受体的功能，就是介导毒性作用。如果你没有一个功能性受体，那么你就不会获得像鱼类那样的毒性效应。”

鳉鱼的AHR2具有951个氨基酸，其中9个在个体之间存在差异。氨基酸变体的不同组合会产生26种不同形式的蛋白质。

Hahn指出：“我们发现，新贝德福德港口鳉鱼中存在的变体模式，远不同于附近地点鱼类的模式，这在正常情况下是意想不到的。在新贝德福德港口鳉鱼中有几个蛋白变体是很常见的，但在其它鱼类中是罕见的。同样，在附近参照地点鱼类中最常见的蛋白质变体，在新贝德福德港口鳉鱼中则比较少见。”

由EPA实验室的同行在同一期《BMC Evolutionary Biology》上发表的另外一项研究，利用一种“候选基因扫描”方法——从42个AHR通路相关基因中检测SNPs，也将AHR2确定为一个被选择和可能参与抗性的基因。研究结果表明，鳉鱼独立种群的抗性进化集中于一个相同的靶基因。

这两篇论文的共同作者、EPA的生物学家Diane Nacci说：“这些研究结果和研究过程中开发的遗传学工具，有助于剖析为何进化发生在同时代尺度上（而不是地质尺度），以及为何一些物种更容易适应快速变化的世界。”

由WHOI生物学家、纽约大学和美国国家海洋和大气局（NOAA）的研究人员，在《Science》2011年3月刊上发表的一篇针对哈德逊河抗PCB鳕鱼的研究工作，也将AHR2确定为相同的基因。哈德逊河鲟鱼的AHR2蛋白，丢失了该蛋白中1,104个常见氨基酸中的两个。

Hahn说：“虽然在抗PCB鳕鱼和鳉鱼中发现的特定分子变化是不同的，但在这两个物种中，AHR2似乎是其中一个引起抗性的基因——可能是主要基因。”

然而，鳉鱼本身似乎对PCBs的毒性作用有免疫力，它们仍然可以从食物链中转移污染物。它们是竹荚鱼类、条纹鲈鱼和其它人类食用鱼的主要食物来源。

尽管它们表面看起来健康，抗PCBs有关的新贝德福德港口鳉鱼可能存在未知的负面成本。下一步，研究人员将探究“适用性是否影响鳉鱼对其它环境中各种压力因素的响应，例如低氧含量”。

Hahn说：“显然，鳉鱼抗PCBs的特性，使其能够在这种高度污染的环境中生存，但是一旦港口得到清理之后，会发生什么？有可能是这些鱼不再适应那里的成本。”

他补充说：“这是关于人类活动如何推动进化的一个有趣的例子。随着人类对环境的影响，不论这个影响来自于海洋酸化，还是升温或其它正在发生的全球变化，对不断变化环境的适应能力正变得更加重要。”（生物通：王英）

生物通推荐原文：
1、Adam M Reitzel, Sibel I Karchner, Diana G Franks, Brad R Evans, Diane Nacci, Denise Champlin, Verónica M Vieira, Mark E Hahn. Genetic variation at aryl hydrocarbon receptor (AHR) loci in populations of Atlantic killifish (Fundulus heteroclitus) inhabiting polluted and reference habitats. BMC Evolutionary Biology 2014, 14:6 (14 January 2014).
2、Dina A Proestou, Patrick Flight, Denise Champlin and Diane Nacci . Targeted approach to identify genetic loci associated with evolved dioxin tolerance in Atlantic Killifish (Fundulus heteroclitus). BMC Evolutionary Biology 2014, 14:7 (14 January 2014).
3、Isaac Wirgin, Nirmal K. Roy, Matthew Loftus, R. Christopher Chambers, Diana G. Franks, and Mark E. Hahn. Mechanistic Basis of Resistance to PCBs in Atlantic Tomcod from the Hudson River. Science 11 March 2011: 1322-1325.