人类驱动的全球变化正在挑战科学界，让他们了解在不久的将来海洋物种可能如何适应预测的环境条件(例如缺氧、海洋变暖和海洋酸化)。海洋吸收大气中人为二氧化碳的影响(即海洋酸化)传播到整个生物层次，从纳米尺度上的生命组成部分的变化到通过生态系统过程及其特性的有机体、生理和行为。

为了在pH值降低的环境中生存，海洋生物必须调整它们的生理机能，这在分子水平上是通过修改基因的表达来实现的。对这种基因表达变化的研究有助于揭示未来海洋酸化条件下生命的适应机制。

利用天然实验室

在这个星球上，有几个地方的火山活动使二氧化碳从海底冒出来，创造了与预测在不久的将来将在大洋上发生的情况相似的条件。这样的自然实验室可以帮助我们了解在未来海洋酸化的情况下海洋生物会发生什么。因此，香港大学(港大)生态及生物多样性研究部及太古海洋科学研究所的研究人员，联合阿德莱德大学的研究人员，前往新西兰一个名为白岛的偏远火山岛。他们收集了CO2渗漏处和附近地点的样本，分析了一种鱼类(普通三鳍鱼)的分子数据，并利用生态证据证明它们成功地适应了CO2火山喷口的酸化环境。研究结果发表在同行评议的开放获取期刊《进化应用》上。

通过物种突变研究进化机制

研究发现，生活在pH值较低的二氧化碳排放口的鱼，其性腺的基因表达水平高于那些生活在控制环境中(环境中有二氧化碳和pH值)的鱼。这些基因大部分参与了维持pH稳态、增加新陈代谢和下游生物过程的调节功能，揭示了鱼类需要调整以适应低pH环境的重要过程。有趣的是，主要是雄性鱼有这种表情标志，暗示繁殖的后果，因为雄性提供亲代照顾的巢穴。

当研究这些基因的实际序列和它们的基因变异时，作者发现了长期自然选择过程的证据。这种基因变化，我们称之为突变，为鱼类提供了适应酸化环境的优势，它位于调控基因表达的DNA序列中。这些调控序列的突变在环境pH值环境中不会影响携带它们的个体的适应性，但它们可能会在pH值降低的环境中进行微调的生理调节。这种DNA调控序列的长期遗传变异可能为鱼类对近期海洋酸化的适应潜力提供了依据。

此外，作者提出了一种进化机制，通过这种适应海洋酸化的潜力可以在鱼类自然种群中保持。因此，很可能与普通三鳍鱼的情况类似，许多鱼类种群中已经存在允许在pH值略有降低或变化的环境中生存的遗传变异。鱼类的高度分散的幼虫促成了这种遗传变异在种群之间的流动。因此，基因表达调控序列的遗传变异可以有效地调节对pH降低的生理响应，为近期海洋酸化加剧下的适应性自然选择提供原料。

“这项研究的发现表明，就海洋物种对未来环境条件变化的反应能力而言，其中一个更相关的因素是它们当前的基因变异。”因此,评估不同海洋物种的遗传多样性水平是最重要的,和我们目前的工作,“Natalia PETIT-MARTY博士说,这篇论文的第一作者和博士后博士为首的西莉亚SCHUNTER生态和生物多样性研究部门&太古海洋科学研究所港大。

“我们很幸运能参观这些偏远的地方，让我们得以一窥海洋未来的样子。”适用,以确保我们的发现在不同的海洋生态系统,我们还去过二氧化碳通风口在巴布亚新几内亚的热带珊瑚礁和暗礁岩石在地中海,并将继续我们的研究自适应潜在海洋酸化的海洋鱼类,”西莉亚SCHUNTER博士补充道,香港大学生态研究部及太古海洋科学研究所助理教授

Natural CO2 seeps reveal adaptive potential to ocean acidification in fish.