中科院動物所

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鳥類的遷徙是最令人著迷的自然現象之一。據估計，全球現存1萬多種鳥類當中大約1/5是遷徙鳥類，世界上每年有數十億隻候鳥在繁殖地和越冬地之間遷徙，鳥類的遷徙路線幾乎遍佈全球。然而，這些路線如何進化而成？當前如何維持？在未來氣候變化下可能有何改變？以及不同的遷徙策略是否有其遺傳基礎？一直是鳥類學和行為學界廣泛關注的重要科學問題。

2021年3月3日，中國科學院動物研究所詹祥江實驗室在Nature雜誌線上發表了關於鳥類遷徙的研究論文“Climate-driven flyway changes and memory-based long-distance migration”。在該研究中，團隊透過整合多年衛星追蹤資料和種群基因組資訊，建立了一套北極遊隼遷徙系統，揭秘了其遷徙路線的主要形成原因和長距離遷徙關鍵基因。

遊隼(Falco peregrinus)，是世界上飛行速度最快的動物之一，最高俯衝速度接近390km/h，也是地球上最成功的頂級捕食者之一，廣泛分佈在除南極洲之外的全球六大洲。研究人員歷時六年，在北極圈自西向東的主要繁殖地（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）為56只遊隼佩戴了衛星追蹤器，構建了一套北極遊隼遷徙系統。衛星追蹤發現這些北極遊隼主要使用5條遷徙路線，在種群和個體水平上具有非常高的遷徙連線度和重複性。而且這些種群的遷徙距離顯著不同：西部兩群短距離遷徙（平均3600公里），東部四群長距離遷徙（平均6400公里）。

對其中4個地區35只遊隼的種群基因組學分析顯示西部的科拉和科爾古耶夫種群，以及東部的亞馬爾和科雷馬種群分別具有最近共同祖先。基於該研究中開發的全基因組Approximate Bayesian Computation 模型，估計長/短距離種群的分化時間大概在末次冰盛期前後。種群動態推斷及潛在繁殖、越冬地重建結果顯示在末次冰盛期到全新世的轉換過程中，因冰川消退而帶動的繁殖地向北退縮以及越冬地變遷可能是遊隼遷徙路線形成的主要歷史原因。對於當前的遷徙路線而言，研究人員發現不同路線之間的環境異質性很強，環境鉅變區域與遷徙路線邊界高度吻合，並且路線之間的差異與選擇性遺傳分化的相關程度明顯大於中性遺傳分化，從而說明了環境的差異以及相關的本地適應在維持當前遷徙路線中發揮著重要作用。

更為有趣的是，透過對長短遷徙種群基因組的對比分析，研究人員首次發現了一個和記憶能力相關的基因ADCY8在長距離遷徙種群中受到了正選擇，實驗證明長、短遷徙種群主要基因型存在功能差異，揭示了長時記憶可能是鳥類長距離遷徙的重要基礎。最後，研究人員透過模擬預測，在未來全球變暖日益嚴重的情境下，亞歐大陸西部的北極遊隼種群可能會面對兩方面的威脅：遷徙策略的改變和主要繁殖地的退縮。

該項研究首次全面結合遙感衛星追蹤、基因組學、神經生物學等多種新型研究手段，透過多學科的整合分析，從行為、進化、遺傳、生態及全球氣候變化等多個維度，闡明瞭北極鳥類遷徙路線過去形成歷史、當前維持機制以及未來變化趨勢，並發現了鳥類長距離遷徙的關鍵基因，展現了學科交叉型的創新性研究在遷徙鳥類保護中的重要作用。

該研究由中國科學院動物研究所主導，中國科學院生物物理研究所、英國卡迪夫大學、俄羅斯科學院烏拉爾分院、德國馬普動物行為研究所等多個國家科研單位合作完成，動物研究所博士研究生谷中如、助理研究員潘勝凱和工程師林蓁蓁為論文共同第一作者，詹祥江研究員為通訊作者。

原文連結:

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03265-0