2019-09-11 06:15:02
蝾螈如何利用肢体再生来缓解气候变化

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看起来像青蛙和蜥蜴之间的交叉,灰色的脸颊蝾螈有薄而光滑的皮肤,没有肺。两栖动物通过皮肤呼吸,为了生存它必须保持皮肤湿润。随着环境条件越来越热或越来越干燥,科学家们想知道这些动物是否以及如何适应环境。

克莱姆森大学科学学院的研究人员首次表明,居住在阿巴拉契亚山脉南部的这些火蜥蜴使用温度而不是湿度作为预测环境变化的最佳线索。值得注意的是,研究人员观察到火蜥蜴实际上利用其独特的肢体再生能力来迅速减少高温的影响。

该研究结果描述了“热量线索驱动山地蝾螈抗旱性的可塑性,并对气候变化产生影响”,这可能对其他动物甚至植物都有影响。该论文于9月9日在Nature Communications上发表。

每天这些火蜥蜴的一个主要问题是干燥的潜在致命风险。生物科学副教授Mike Sears和他的研究小组多年来已经证明,这些动物通过生理变化调节水分流失,从而耐受脱水。但研究人员直到现在还没有完全理解他们是如何做到这一点的。

“我们是第一个关注蝾螈生理学在环境方面的分子水平,”西尔斯说,他的团队进行了驯化实验和基因表达分析。 “我们从遗传角度出发,他们是如何做到这一点的。”

主要作者Eric Riddell于2018年在克莱姆森获得博士学位,现在是加州大学伯克利分校脊椎动物学博物馆的博士后学者,从北卡罗来纳州高地附近的山区收集了大约150只火蜥蜴,并将它们带回来到西尔斯的克莱姆森实验室,他给了他们一个月的时间来适应他们的新环境。

然后,他将这些动物分为四组,这些组将暴露于他们目前或将来可能遇到的不同气候条件。由于动物是夜间动物,他和他的本科助手每晚都将蝾螈从潮湿的补液室移到活动室,在暴露于不同温度和湿度的环境中,他们在露天的土壤中走了几个小时。

研究人员在几周内重复了这个程序,同时通过计算蒸汽压力不足(VPD)来测量蝾螈干燥的速度和消耗的氧气量。

Riddell说:“我们发现火蜥蜴预计会因使用温度而不是湿度而变干。”他指出,虽然湿度确实在脱水率中发挥作用,但它并不像动物那样可靠。

Riddell还对来自蝾螈皮肤的组织样本进行了基因分析,以了解在细胞水平上发生的生理变化,使动物能够将水保持在体内而不是通过皮肤蒸发。

根据Riddell的说法,随着气温升高,火蜥蜴能够分解并随后重建皮肤中的血管网络。 “这种对温度敏感的血管再生表明蝾螈通过皮肤中毛细血管床的消退和再生来调节水分流失,”Riddell说。

从长远来看,Riddell说,这种血管的发展可能有助于科学家了解蝾螈恢复或再生肢体的独特能力,这是一种了解人类再生医学的模型系统。

“通过专注于如何重新生长这种单一类型的组织,这些血管,研究人员可能能够更好地了解再生过程,”里德尔说。

今年秋天,西尔斯计划探索当蝾螈对温度变暖更加宽容时会发生什么。他和他的学生将在不同高度进行实验,以确定动物自愿忍受的最高温度。由于温度随着海拔的变化而变化,两栖动物将选择具有可接受温度范围的海拔。

“最终,我们想知道基因适应性动物如何改变未来气候,”西尔斯解释说。 “我们这个领域的一个重大问题是动物是否可以通过进化来跟上气候变化的速度。通过利用这些基因组工具,我们可以开始回答这些生态问题。”

除了Riddell之外,西尔斯团队的其他成员也参与了这项研究,其中包括克里斯蒂娜威尔斯,克莱姆森生物科学副教授;康奈尔大学生态与进化生物学教授Kelly Zamudio;以及格林内尔学院夏季研究实习生Emma Roback。

这项目前的研究以西尔斯于2018年7月发表的开创性研究为基础,该研究证明了七种山蝾螈在适应不断变化的环境方面的适应性。

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