侯仲娥和李枢强团队发现跳钩虾在海陆变迁进程中形态和遗传趋同演化

　　

　　2023年6月23日，中国科学院动物研究所侯仲娥研究员和李枢强研究员团队在国际期刊Science Advances上发表了题为“Marine–montane transitions coupled with gill and genetic convergence in extant crustacean”的研究论文，揭示了跳钩虾从海洋到陆地演化的时空动态，以及形态和遗传等适应特征的趋同演化。

　　跳钩虾栖息在海洋、潮间带、陆地、高山等不同环境，是一个连续的登陆体系。基于全球851个样本，通过基因组和系统发育分析，发现跳钩虾在5600万年前从海洋拓殖至潮间带，在渐新世至中新世间经过四次独立演化，又拓展到陆地和高山。跳钩虾从潮间带到高山的生境转变受地质变迁影响，如板块碰撞和岛屿形成。地质事件引发的跳钩虾登陆驱动陆生支系在山区形成了高分化中心以及丰富的物种多样性；陆生跳钩虾具有从高海拔到低海拔自上而下的分化模式（Top-down cladogensis），通过置换模型检验发现这种模式并非随机扩散造成，进一步揭示了跳钩虾从海洋到潮间带再登陆高山的登陆演化进程。

　　通过对不同生境跳钩虾鳃的形态分析，发现陆生跳钩虾鳃的外形变大变复杂。基因组比较分析、环境因子分析以及低温低氧胁迫实验表明，形态演化以及能量代谢改变是陆生适应的重要机制。通过表达量分析和蛋白结构分析发现趋同基因SMC3在钩虾鳃的发育中具有重要作用。基于CRISPR/Cas9敲除实验，证实了SMC3基因调控甲壳动物附肢外叶的发育，包括钩虾的鳃，水溞的背甲以及昆虫的翅。

　　该研究创新性地整合动物地理、基因编辑，提出跳钩虾海陆转变的演化模式和驱动因素，揭示了海陆转变过程中呼吸器官的形态变化和潜在的遗传基础，为理解生物的海洋起源和陆生适应的演化创新提供了现生生物的视角，为宏观生物地理和形态演化研究提供了新的范式。

　　侯仲娥研究员和李枢强研究员是该文的通讯作者，中国科学院动物研究所博士后刘宏广和博士生郑亚咪为论文的共同第一作者，甲壳动物生物地理学研究组及无脊椎动物学研究组多数成员参与了此项工作，国外合作伙伴对本研究提供了高度的支持。该研究得到了中国科学院先导项目的支持。

　　论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg4011