據(jù)英國《每日郵報》12月11日報道，基因研究揭示了企鵝進化到擁有更多羽毛和更厚的皮膚，以及為何它們的翅膀粗短的原因。 

　　眾所周知，企鵝是抵御地球上最貧瘠荒蕪的陸地上的惡劣氣候的象征。如今，科學(xué)家突破性地發(fā)現(xiàn)了企鵝如何成功抵御南極洲的極寒、大風(fēng)和連續(xù)幾個月的昏暗。

　　研究者們發(fā)現(xiàn)企鵝擁有大量β角蛋白質(zhì)類的基因，來負責(zé)創(chuàng)造形成羽毛所需的原材料。這也就是為什么它們能形成帶有短而硬的羽毛的厚翅膀以保持溫暖的原因了。

　　科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)企鵝有DSG1基因，此基因是引起人類手掌和腳掌處皮膚病的原因。此基因可能會幫助企鵝形成比其他鳥類更厚的皮膚。

　　研究者發(fā)現(xiàn)了3種有利于帝企鵝儲存脂肪的基因。然而，阿德利企鵝攜有8種基因用來代謝脂肪，這些基因解釋了為什么它們對氣候變化反應(yīng)更迅速。

　　據(jù)位于深圳的中國國家基因庫的副主任張國杰稱，β角蛋白質(zhì)類基因的增多和EVPL和DSG1基因的陽性選擇是企鵝形成特殊皮膚和羽毛的原因。

　　企鵝水上的生活方式和長時間處于黑暗中影響了它們的視力。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大多數(shù)鳥類的眼睛中的視錐細胞有4種光敏蛋白質(zhì)，而帝企鵝和阿德利企鵝只有3種。這可能跟低光線質(zhì)量有關(guān)。

　　澳大利亞格里菲斯大學(xué)的進化生物學(xué)家大衛(wèi)·朗伯(David Lambert)教授稱，盡管帝企鵝和阿德利企鵝都在南極大陸繁殖，它們的基因很不一樣。他說：“通過對這兩種企鵝的基因測序，我們已經(jīng)能比較出這兩種物種體內(nèi)負責(zé)在南極洲生存和繁衍的基因。

　　這項研究十分重要，因為它提供給我們研究這些物種更大范圍的基因組的機會?！?/p>

據(jù)EurekAlert!：科學(xué)界首次對兩種企鵝(阿德利企鵝和帝企鵝)的基因組進行了測序和數(shù)據(jù)分析，研究成果發(fā)表在開放獲取和開放數(shù)據(jù)期刊GigaScience上。正值隆冬，此項研究揭示了這兩種鳥類能夠適應(yīng)南極寒冷惡劣環(huán)境的原因。

南極企鵝需要面對極端低溫、強風(fēng)及日照大幅度變化等諸多惡劣的自然條件，為此，它們已經(jīng)進化出一套復(fù)雜的生物系統(tǒng)，用來調(diào)節(jié)溫度并為長期禁食儲存能量。之前的大部分研究都集中在生理學(xué)和行為學(xué)層面，但最近一個國際研究團隊對兩種南極企鵝(阿德利企鵝和帝企鵝)進行了基因組測序分析，從遺傳學(xué)角度揭示了它們?nèi)绾螒?yīng)對氣候變化以及相關(guān)的進化歷史。

研究人員利用鳥類DNA中的歷史遺傳記錄，推測出企鵝首次出現(xiàn)在大約6000萬年前。研究表明，阿德利企鵝的種群數(shù)量在約15萬年前隨著氣候變暖而有迅速的增長，但大約6萬年前，隨著寒冷干燥的冰川時期的到來，它們的種群數(shù)量下降了40%。相比之下，帝企鵝的種群數(shù)量卻保持穩(wěn)定，這意味著它們能夠更好地適應(yīng)冰川條件，比如帝企鵝會將蛋放在腳上孵化，避免其受到嚴(yán)寒的影響。

華大基因的團隊負責(zé)人李彩表示，“歷史種群數(shù)量的演變模式表明，未來的氣候變化可能對兩種企鵝造成影響。比如，當(dāng)環(huán)境變暖時，帝企鵝沒有經(jīng)歷像阿德利企鵝那樣的種群數(shù)量增長，這意味著他們可能在全球氣候變暖時遭受更多痛苦，這需要在南極保護工作中加以考慮?！?/p>

研究發(fā)現(xiàn)，兩種企鵝的基因組中都帶有β角蛋白基因，而90%的羽毛是這種蛋白質(zhì)合成的。它們體內(nèi)至少還有13種基因能產(chǎn)生單一類型的β角蛋白(keratinocyte beta-keratin)，相對于其它所有已知鳥類的基因組，這一數(shù)量是最多的。這說明這些基因在確保企鵝羽毛短、硬、密的特性起到了至關(guān)重要的作用，達到減少熱量流失、防水及輔助水下飛行的目的。研究團隊還發(fā)現(xiàn)了一種名為DSG1的基因，這很可能是企鵝皮膚厚的重要原因，因為該基因被認(rèn)為是導(dǎo)致某些人類皮膚病的成因，這些皮膚病的表現(xiàn)正是手掌和腳底粗厚。

脂肪儲存對企鵝抵御寒冷和度過漫長的禁食期(對帝企鵝來說可能長達4個月)來說至關(guān)重要。研究表明，這兩類企鵝在進化過程中形成了不同的脂質(zhì)代謝方式，這也為觀察它們?nèi)绾螒?yīng)對氣候變化提供了參考。最終研究人員在阿德利企鵝身上發(fā)現(xiàn)了8種與脂質(zhì)代謝相關(guān)的基因，在帝企鵝身上發(fā)現(xiàn)3種。

企鵝的翅膀(或前肢)在進化過程中發(fā)生了巨大的變化，從而適應(yīng)其潛水活動。研究小組在企鵝基因組中發(fā)現(xiàn)17種與前肢相關(guān)的基因發(fā)生了變化。特別是EVC2基因，與其它鳥類相比，表現(xiàn)出大量的遺傳變化。 如果EVC2基因突變發(fā)生在人類身上將導(dǎo)致埃利偉氏綜合癥，通常表現(xiàn)為短肢侏儒癥和短肋。

哥本哈根大學(xué)助理教授、華大基因中國國家基因庫副主任張國捷表示，“企鵝進化不同于其它鳥類。它們不能飛，有特殊的皮膚和羽毛，翅膀退化，并且生活在其它鳥類無法生存的寒冷環(huán)境中。比較基因組學(xué)從分子層面很好地解釋了這些進化過程中的變化以及生物如何應(yīng)對其所處的環(huán)境。我們的研究揭示了這兩種企鵝在這些方面的一些秘密?！?/p>

澳大利亞格里菲斯大學(xué)的進化生物學(xué)教授David Lambert說：“雖然阿德利企鵝和帝企鵝都在南極大陸繁衍，但其繁育方式卻存在巨大差異。通過基因組排序，我們可以對賦予這兩種企鵝不同技能的基因進行比較，這些技能雖不相同，卻使得兩種企鵝都能夠在南極生存繁衍。這項研究非常重要，它讓我們有機會對這兩個物種進行大規(guī)模的進化研究?！?以上論文來自鳥類種系基因組學(xué)項目(Avian Phylogenomics Project)的系列報告，這些報告將發(fā)表在多個期刊上。系列報告中有些發(fā)表在Science上，那些研究將公布鳥類進化基因圖譜的最新成果;另外一些論文發(fā)表在BMC Genomics，BMC Evolutionary Biology 和Genome Biology上。