冬去春回，南雁北歸。候鳥遷徙是大自然里一道靚麗的風(fēng)景。在北極地區(qū)，數(shù)以百萬計的候鳥繁衍生息。它們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(nèi)基本穩(wěn)定。那么，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(xué)院動物研究所研究員詹祥江長期從事種群和進化遺傳學(xué)研究。該團隊聯(lián)合中國科學(xué)院大學(xué)、英國卡迪夫大學(xué)、布里斯托大學(xué)等機構(gòu)連續(xù)多年跟蹤了北極地區(qū)游隼（Falco peregrinus）的遷徙路線，并發(fā)現(xiàn)ADCY8基因可能通過調(diào)節(jié)長期記憶影響游隼的遷徙距離。該研究結(jié)果于2021年3月4日發(fā)表在《自然》（Nature）雜志 [1]。

游隼是一種中型猛禽，體長半米左右。每年九月左右，游隼就會從繁殖地出發(fā)，經(jīng)過一個月左右的長途飛翔，到達越冬地點。為了跟蹤游隼的遷徙過程，研究人員為北極圈附近6個不同地區(qū)（科拉半島、科爾古耶夫島、亞馬爾半島、泰梅爾半島、勒拿河、科雷馬河）的共計56只游隼安裝了衛(wèi)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），說明游隼對路線有長期記憶。通過分析遷徙距離，研究人員將游隼種群分為西部的短距種群（2個，平均3680千米）與東部的長距種群（4個，平均6134千米）。

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

短距種群與長距種群是在什么時間發(fā)生分化的呢？

隨后，作者比對了2個短距和2個長距種群中共計35只游隼的基因組重測序結(jié)果，并結(jié)合地球氣候歷史數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析和計算機模擬。結(jié)果顯示，由冰期變化引起的適宜棲息地變化與游隼的數(shù)量和分布變化密切相關(guān)。作者推測游隼的遷徙路線在末次盛冰期（約2萬至3萬年前）至全新世中期（約5千至7千年前）間發(fā)生了方向與距離的劇烈改變，也導(dǎo)致了長遷徙種群的形成。

圖2. 從左至右分別為：經(jīng)模擬的末次盛冰期、全新世中期，以及當(dāng)今的游隼繁殖地、越冬地和遷徙路線。（圖源：參考文獻[1]）

研究人員繼續(xù)對長、短遷徙種群的基因組信息進行深度分析后鑒定出37個差異基因，其中的ADCY8基因表現(xiàn)最為搶眼。ADCY8基因編碼腺苷酸環(huán)化酶8，后者可將ATP催化為cAMP。之前研究表明，cAMP作為第二信使參與調(diào)控記憶相關(guān)基因表達 [2]。研究人員通過功能基因組學(xué)研究證明長遷徙種群特有的ADCY8基因表達更高，并推測ADCY8通過調(diào)節(jié)游隼的長期記憶影響遷徙距離。

最后，研究人員通過生態(tài)位建模預(yù)測了全球變暖對游隼種群和遷徙的影響。結(jié)果顯示，游隼的適宜棲息地面積將不同程度的減少，尤其是西部短遷徙種群受影響最為嚴(yán)重。同時，西部短遷徙種群的遷徙路線會縮短，而東部長遷徙種群的遷徙路線會延長。

圖3. 全球氣候變暖對游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(xué)研究所（Max Planck Institute for Evolutionary Biology）米里亞姆·利德沃格爾（Miriam Liedvogel）在《自然》發(fā)表觀點文章稱，該研究是多學(xué)科交叉的很有價值的范例，為我們理解自然現(xiàn)象提供了多角度證據(jù)，也為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

撰文 | 解茵茵


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