6000年历史重现！华大等利用古DNA技术解码南极生态往事（微信文章未删减版）

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在距今6000年的时光长河中，人类逐渐迈出蒙昧，步入文明。而在地球的另一端，南极洲的生态系统也在悄然演变。阿德利企鹅以其独特的生存方式，成为南极的象征之一。

3月5日，武汉华大生命科学研究院联合浙江大学生命演化研究中心、阿德莱德大学等国内外机构于《自然•通讯》（Nature Communications）发表最新研究成果。团队通过沉积古DNA技术，描绘了南极全新世中晚期罗斯海区域企鹅生态网络的变化，并重现了该地区过去六千年来的生物多样性模式。

Nature Communications官网截图

小课堂：根据传统的地质学观点，“全新世”是指地质时代的最新阶段，开始于最后一次冰川期结束的时候，也就是1.17万年前，并持续至今。

沉积古DNA：揭秘南极生态的“时光胶囊”

气候和环境变化对南极生态的威胁日益加剧，科学家们正探索了解南极生态系统历史变化的新方法，以从过往获得借鉴。在此次研究中，团队利用沉积古DNA技术从南极沉积物中提取到隐藏的线索，重现了曾经存在的生物群体。

在南极洲罗斯海沿岸，研究人员收集了来自不同采样点的156份地层沉积物样本，并通过华大自主研发的DNBSEQ测序平台进行了古DNA测序。结果显示，这些样本涵盖了约6000年的时间跨度，如同南极生态的“时光胶囊”，记录了不同时期的生物信息。

通过对样本中DNA片段的研究，科学家们得以评估全新世中晚期以来罗斯海区域的生物多样性模式。基于“最近共同祖先”法，团队发现超500万条序列来自真核生物，包括动物、植物、真菌等，其中约76%的序列来自企鹅等后生生物。随着样本从地表层到更深层，真核生物的DNA含量逐渐减少，而来自原核生物的DNA逐渐占据主导地位，这揭示了DNA随着时间的流逝逐渐降解的过程。

研究地图与距今约5-6千年的沉积物剖面图（Jamie Wood提供）

企鹅生态网的空间分布

阿德利企鹅与其他生物共同构成了南极复杂的生态网络，其中，贼鸥是企鹅幼鸟的主要捕食者，在食物链的另一端，企鹅主要以磷虾和鱼类等为食。

全新世中晚期南极罗斯海区域生物复原图（绘图：白鲸）

研究发现，不同时间或地点企鹅进食的类群占比存在变化：在罗斯海南部，企鹅会吃更多的鱼，北部企鹅则更偏爱磷虾，而在现存栖息地附近企鹅食用磷虾占比也较多。此外，由于较难被常规手段观察到，水母等刺胞动物常被企鹅食性研究忽略，科研人员发现，相比罗斯海南部，北部和中部地区刺胞动物的丰度更高。这些信息也表明环境和气候变化对南极生态系统的组成存在影响。

而作为罗斯海海洋食物链的基础，浮游生物可能会通过自下而上的营养传递影响大型捕食者的数量，它们的变化可以记录南极过往的气候变化和生态演替。本研究发现，包括硅藻、绿藻、红藻、纤毛虫和尾藻等在内的浮游生物存在明显的时空变化，比如纤毛虫在罗斯海中部或南部的企鹅活跃地区更常见，而在其它区域则较少见。

南极生态的变迁与启示

南象海豹目前繁殖地主要集中在亚南极地区的岛屿上，有时候会与企鹅共享栖息地。研究发现，在现栖息地更南边的哈利特角地区，南象海豹与企鹅存在着演替现象：距今约1400年前后较暖的气温使海豹能够生活在该地区；而随着气候变冷和海冰的增加，海豹逐渐退出，并被适应寒冷的阿德利企鹅占据。

这表明全新世海冰变化影响了南极栖息地的可用性，在较温暖时期促进了某些物种栖息地的扩张，揭示了过去气候和海冰变化对南极生物分布的影响，预示了南极生态系统对气候变化的敏感性，为未来极地生物分布的预测提供了依据。

南极不仅是科学研究的宝库，更是地球生态系统的重要组成部分。本研究展示了利用南极沉积物中的DNA来研究南极高纬度地区陆地和海洋生物多样性时空动态的巨大潜力，使我们得以窥探南极生态的过去，理解生命的顽强与适应，同时也感受到地球生态系统的脆弱与复杂。

“两年前，华大就曾联合国内外合作方揭示企鹅六千万年来的物种演化历程，以及适应极端环境的机制，见证了企鹅在大时间尺度上的物种演化。这次，团队再次利用跨学科手段探索了南极企鹅栖息地在小时间尺度上的生态变化。”论文共同第一作者，武汉华大生命科学研究院周程冉博士补充道。

“我们目前掌握的数据仅是冰山一角，未来通过更多国际合作填补南极资源的空白对理解南极生态系统至关重要。”论文作者，华大生命科学研究院李启业研究员表示。

在这片遥远的南极大陆上，阿德利企鹅的故事还在继续。它们的基因密码，记录着过去，也指引着未来。通过科学研究，我们不仅能够更好地了解企鹅，还能深入理解整个南极生态系统的运作机制。让我们携手共进，守护这片冰封的奇迹，让南极的企鹅继续在这片冰雪世界中自由翱翔。

此研究是华大生命科学研究院、浙江大学生命演化研究中心与国内外科研机构共同发起的万种鸟基因组计划（B10K）的成果之一。阿德莱德大学Jamie Wood研究员与武汉华大生命科学研究院周程冉博士是论文共同第一作者，Jamie Wood研究员与浙江大学生命演化研究中心张国捷教授是论文共同通讯作者，中国科学院大学华大专项-武汉华大生命科学研究院联合培养研究生谭上进、罗森雨，以及华大生命科学研究院与汕头大学、武汉大学联合培养的学生龙新锐、娄淼是论文参与作者。

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