有一種蛇，名叫溫泉蛇，這種中國獨有的珍稀蛇類棲息在青藏高原溫泉附近的石堆、水邊和沼澤草甸等生境中，因此得名。
在很多人的印象中，大多數(shù)蛇類生活在熱帶或亞熱帶地區(qū)，高原的寒冷環(huán)境通常是不利于蛇類繁衍生息的。那么，溫泉蛇作為世界上分布海拔最高的蛇類類群之一，能夠在劇烈氣候變化中幸存下來，他們依賴的溫度適應(yīng)策略是什么？
10月11日，《科學(xué)》雜志新聞欄目對中國科學(xué)院成都生物研究所李家堂研究團(tuán)隊的溫泉蛇系列研究成果進(jìn)行了報道。這些來自成都的學(xué)者們揭示了這種蛇類適應(yīng)高原低氧及強(qiáng)紫外的遺傳機(jī)制，并進(jìn)一步揭示了溫泉蛇溫度感知能力的進(jìn)化遺傳機(jī)制。
溫泉蛇能快速定位到高溫區(qū)域
研究團(tuán)隊找到其遺傳機(jī)制
青藏高原具有氣候寒冷、氧氣含量低、紫外線強(qiáng)烈等特點，對高原上生活的動物來說是巨大的挑戰(zhàn)，同時也是研究動物對高海拔環(huán)境適應(yīng)能力的天然實驗室。此前已有關(guān)于人類、牦牛等恒溫動物適應(yīng)高原環(huán)境遺傳機(jī)制的研究，但缺乏變溫動物的相關(guān)研究。溫泉蛇是揭開變溫動物高海拔適應(yīng)之謎的良好動物模型。
紅星新聞記者了解到，溫泉蛇屬Thermophis隸屬于食螺蛇科，目前包括3個物種：西藏溫泉蛇Thermophis baileyi、四川溫泉蛇T。 zhaoermii和香格里拉溫泉蛇T。 shangrila。它們是中國特有珍稀保護(hù)物種，為國家一級保護(hù)動物，也是世界上分布海拔最高的蛇類類群之一，均生活于青藏高原海拔3500-4400米的地區(qū)。
2015至2018年間，李家堂研究團(tuán)隊聚焦溫泉蛇高原極端環(huán)境適應(yīng)與演化機(jī)制相關(guān)研究，于2018年首次公布了西藏溫泉蛇基因組草圖，并揭示了溫泉蛇屬物種適應(yīng)高原低氧及強(qiáng)紫外的遺傳機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊結(jié)合行為學(xué)，比較基因組學(xué)以及膜片鉗實驗等技術(shù)方法，進(jìn)一步揭示了溫泉蛇溫度感知能力的進(jìn)化遺傳機(jī)制。基于更新的高質(zhì)量基因組，團(tuán)隊還開展了西藏溫泉蛇和四川溫泉蛇的群體基因組學(xué)研究，為其保護(hù)提供重要科學(xué)支撐。
▲青藏高原溫泉點和溫泉蛇的分布以及行為學(xué)實驗 來源：成都生物研究所
研究團(tuán)隊結(jié)合野外調(diào)查和文獻(xiàn)調(diào)研，整理了高原地?zé)豳Y源以及溫泉蛇的分布信息，發(fā)現(xiàn)溫泉蛇高度偏好溫泉生境。通過趨熱行為學(xué)實驗證明，相較于另外兩種低海拔蛇類，溫泉蛇能夠更快速地定位到高溫區(qū)域，且對高溫區(qū)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的偏好，提示溫泉蛇具有高效的溫度感知能力。
通過進(jìn)一步比較基因組分析發(fā)現(xiàn)，溫泉蛇中溫度感知和調(diào)節(jié)能力相關(guān)的基因發(fā)生了進(jìn)化改變，這有利于溫泉蛇對溫暖環(huán)境做出更快速的應(yīng)答。
研究成果可為高原物種保護(hù)提供科學(xué)支撐
成都生物研究所李家堂研究團(tuán)隊認(rèn)為，溫泉蛇的起源和演化，與青藏高原的形成和隆起有著密切的聯(lián)系。
分析表明，西藏溫泉蛇在遺傳上被分為三個類群，按地理分布被定義為西部、中部和東部類群，其中西部類群與另兩者遺傳差異最大；盡管存在分化，但群體間廣泛存在基因流（指生物個體從其發(fā)生地分散出去而導(dǎo)致不同種群之間基因交流的過程，可發(fā)生在同種或不同種的生物種群之間）。其中，中部分類群因其所處地理位置的特殊性，一定程度上承載了東、西部類群基因交流傳遞的角色。
同時，作為國家重點保護(hù)物種，研究團(tuán)隊對西藏溫泉蛇遺傳多樣性等內(nèi)容進(jìn)行了分析。研究成果可為西藏溫泉蛇及其他高原物種保護(hù)策略的制定提供科學(xué)支撐。
溫泉蛇作為世界上分布海拔最高的蛇類類群之一，高度依賴青藏高原的溫泉生境，為探究蛇類極端環(huán)境適應(yīng)提供了理想的模型。截至目前，李家堂研究團(tuán)隊以溫泉蛇為動物模型，致力于高原變溫動物的適應(yīng)性演化機(jī)制研究。未來期望整合多學(xué)科技術(shù)手段與多維度數(shù)據(jù)，繼續(xù)深入探尋這類神奇的動物在青藏高原上生存與演化的“秘密”。
紅星新聞記者 戴佳佳
