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撰文 | 解茵茵

責編 | 計永勝

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冬去春回，南雁北歸。候鳥遷徙是大自然裏一道靚麗(li) 的風景。在北極地區，數以百萬(wan) 計的候鳥繁衍生息。它們(men) 每年秋季向南遷徙至低緯度越冬，待來年春季返回。

有趣的是，候鳥的遷徙路線在幾年內(nei) 基本穩定。那麽(me) ，候鳥是如何記住遷徙路線的呢？哪些因素影響了候鳥的遷徙路線呢？

中國科學院動物研究所研究員詹祥江長期從(cong) 事種群和進化遺傳(chuan) 學研究。該團隊聯合中國科學院大學、英國卡迪夫大學、布裏斯托大學等機構連續多年跟蹤了北極地區遊隼（Falco peregrinus）的遷徙路線，並發現ADCY8基因可能通過調節長期記憶影響遊隼的遷徙距離。該研究結果於(yu) 2021年3月4日發表在《自然》（Nature）雜誌 [1]。

遊隼是一種中型猛禽，體(ti) 長半米左右。每年九月左右，遊隼就會(hui) 從(cong) 繁殖地出發，經過一個(ge) 月左右的長途飛翔，到達越冬地點。為(wei) 了跟蹤遊隼的遷徙過程，研究人員為(wei) 北極圈附近6個(ge) 不同地區（科拉半島、科爾古耶夫島、亞(ya) 馬爾半島、泰梅爾半島、勒拿河、科雷馬河）的共計56隻遊隼安裝了衛星遙感追蹤器，獲得了150條完整的遷徙路線。所有種群都顯示出高度的遷徙連通性（migratory connectivity），說明遊隼對路線有長期記憶。通過分析遷徙距離，研究人員將遊隼種群分為(wei) 西部的短距種群（2個(ge) ，平均3680千米）與(yu) 東(dong) 部的長距種群（4個(ge) ，平均6134千米）。

圖1. 通過衛星遙感追蹤建立的來自6個(ge) 種群共計56隻遊隼的5組遷徙路線。（圖源：參考文獻[1,3]）

短距種群與(yu) 長距種群是在什麽(me) 時間發生分化的呢？

隨後，作者比對了2個(ge) 短距和2個(ge) 長距種群中共計35隻遊隼的基因組重測序結果，並結合地球氣候曆史數據進行了統計分析和計算機模擬。結果顯示，由冰期變化引起的適宜棲息地變化與(yu) 遊隼的數量和分布變化密切相關(guan) 。作者推測遊隼的遷徙路線在末次盛冰期（約2萬(wan) 至3萬(wan) 年前）至全新世中期（約5千至7千年前）間發生了方向與(yu) 距離的劇烈改變，也導致了長遷徙種群的形成。

圖2. 從(cong) 左至右分別為(wei) ：經模擬的末次盛冰期、全新世中期，以及當今的遊隼繁殖地、越冬地和遷徙路線。（圖源：參考文獻[1]）

研究人員繼續對長、短遷徙種群的基因組信息進行深度分析後鑒定出37個(ge) 差異基因，其中的ADCY8基因表現最為(wei) 搶眼。ADCY8基因編碼腺苷酸環化酶8，後者可將ATP催化為(wei) cAMP。之前研究表明，cAMP作為(wei) 第二信使參與(yu) 調控記憶相關(guan) 基因表達 [2]。研究人員通過功能基因組學研究證明長遷徙種群特有的ADCY8基因表達更高，並推測ADCY8通過調節遊隼的長期記憶影響遷徙距離。

最後，研究人員通過生態位建模預測了全球變暖對遊隼種群和遷徙的影響。結果顯示，遊隼的適宜棲息地麵積將不同程度的減少，尤其是西部短遷徙種群受影響最為(wei) 嚴(yan) 重。同時，西部短遷徙種群的遷徙路線會(hui) 縮短，而東(dong) 部長遷徙種群的遷徙路線會(hui) 延長。

圖3. 全球氣候變暖對遊隼未來棲息地和遷徙距離的影響。（圖源：參考文獻[1]）

德國阿爾弗雷德·韋格納研究所亥姆霍茲(zi) 極地和海洋研究中心（Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research）西蒙·利索夫斯基（Simeon Lisovski）和馬克斯·普朗克進化生物學研究所（Max Planck Institute for Evolutionary Biology）米裏亞(ya) 姆·利德沃格爾（Miriam Liedvogel）在《自然》發表觀點文章稱，該研究是多學科交叉的很有價(jia) 值的範例，為(wei) 我們(men) 理解自然現象提供了多角度證據，也為(wei) 更好的進行動物保護提供了新策略[3]。

參考資料：

[1] Gu Z, Pan S, Lin Z, Hu L, Dai X, Chang J, Xue Y, Su H, Long J, Sun M, Ganusevich S, Sokolov V, Sokolov A, Pokrovsky I, Ji F, Bruford MW, Dixon A, Zhan X. Nature. 2021 Mar 3. doi: 10.1038/s41586-021-03265-0. Online ahead of print. PMID: 33658718.

[2] Wieczorek L, Majumdar D, Wills TA, Hu L, Winder DG, Webb DJ, Muglia LJ. Absence of Ca2+-stimulated adenylyl cyclases leads to reduced synaptic plasticity and impaired experience-dependent fear memory. Transl Psychiatry. 2012 May 29;2(5):e126. doi: 10.1038/tp.2012.50. PMID: 22832970.

[3] Simeon Lisovski & Miriam Liedvogel. A bird’s migration decoded. Nature. 2021 Mar 3. doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00510-4



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