科学家揭秘鸟类迁徙路线形成原因和长距离迁徙关键基因
科学家揭秘鸟类迁徙路线形成原因和长距离迁徙关键基因
鸟类的迁徙是自然界最令人着迷的现象之一。据估计，全球现存1万多种鸟类中约1/5是迁徙鸟类，每年有数十亿只候鸟在繁殖地和越冬地之间长途跋涉。这些迁徙路线是如何形成的？当前又是如何维持的？不同的迁徙策略是否有其遗传基础？这些问题一直是鸟类学和行为学研究的重要课题。
3月3日，中国科学院动物研究所研究员詹祥江实验室在Nature在线发表了一篇重要研究论文，题为"Climate-driven flyway changes and memory-based long-distance migration"。研究团队通过整合多年卫星追踪数据和种群基因组信息，建立了一套北极游隼迁徙系统，首次揭秘了鸟类迁徙路线的主要形成原因和长距离迁徙的关键基因。
游隼（Falco peregrinus）是世界上飞行速度最快的动物之一，最高俯冲速度接近390km/h，也是地球上最成功的顶级捕食者之一，广泛分布于除南极洲之外的全球六大洲。研究团队历时六年，在北极圈自西向东的主要繁殖地（科拉半岛、科尔古耶夫岛、亚马尔半岛、泰梅尔半岛、勒拿河、科雷马河）为56只游隼佩戴卫星追踪器，构建出一套完整的北极游隼迁徙系统。卫星追踪数据显示，这些北极游隼主要使用5条迁徙路线，在种群和个体水平上展现出高度的迁徙连接度和重复性。同时，研究发现西部两群游隼进行短距离迁徙（平均3600公里），而东部四群则进行长距离迁徙（平均6400公里）。
通过对4个地区35只游隼的种群基因组学分析，研究团队发现西部的科拉和科尔古耶夫种群，以及东部的亚马尔和科雷马种群分别具有最近共同祖先。基于开发的全基因组Approximate Bayesian Computation模型，研究估计长/短距离种群的分化时间大约在末次冰盛期前后。进一步的种群动态推断及潜在繁殖、越冬地重建结果显示，在末次冰盛期到全新世的转换过程中，冰川消退导致的繁殖地向北退缩以及越冬地变迁可能是游隼迁徙路线形成的主要历史原因。
更令人兴奋的是，研究首次发现了一个与记忆能力相关的基因ADCY8在长距离迁徙种群中受到了正选择。实验证明，长、短迁徙种群的主要基因型存在功能差异，这表明长时记忆可能是鸟类长距离迁徙的重要基础。研究还通过模拟预测，在未来全球变暖日益严重的情境下，亚欧大陆西部的北极游隼种群可能会面临迁徙策略改变和主要繁殖地退缩的双重威胁。
这项研究首次全面结合遥感卫星追踪、基因组学、神经生物学等新型研究手段，通过多学科的整合分析，从行为、进化、遗传、生态及全球气候变化等维度，阐明了北极鸟类迁徙路线的过去形成历史、当前维持机制及未来变化趋势，并发现了鸟类长距离迁徙的关键基因。该研究由动物所主导，联合中科院生物物理研究所、英国卡迪夫大学、俄罗斯科学院乌拉尔分院、德国马普动物行为研究所等科研单位共同完成。动物所博士研究生谷中如、助理研究员潘胜凯和工程师林蓁蓁为论文的共同第一作者，詹祥江为论文通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项、国家重点研发计划等的支持。
图1. 北极游隼卫星追踪和迁徙系统
图2. 北极游隼迁徙路线变迁和长距离迁徙遗传基础
这项研究不仅揭示了鸟类迁徙行为的遗传基础，还为理解气候变化对迁徙鸟类的影响提供了重要线索，展现了学科交叉型创新研究在迁徙鸟类保护中的重要作用。