环境变化推动马拉维湖的多样性

非洲的马拉维湖拥有数百种青花鱼，淡水鱼赛默飞THERMO种类繁多，是家庭水族馆的热门居民。一项新的研究表明，湖水历史上剧烈的环境变化可能如何推动这种令人眼花缭乱的进化多样性。

研究发现，在过去的80万年里，马拉维湖的深水和清澈水阶段与浅水和浑水相交替。持续时间最长的深水期的发生时间恰逢湖水历史上发生的青花多样性爆炸。

布朗大学博士后研究员、该研究的主要作者萨拉·象牙（Sarah Ivory）表示："持续深水阶段的时机与进化生物学家所暗示的西希利德物种迅速多样化的时期是一致的。"我们认为，深层阶段为鱼类创造了新的海岸线栖息地，使鱼类适应，并为各种交配创造了合适的条件，这两者都可能推动物种多样性。

这项研究由象牙与亚利桑那大学、罗得岛大学、肯塔基大学和英国石油公司的研究人员共同撰写，发表在《国家科学院学报》上。

马拉维湖在东非与马拉维、莫桑比克和坦桑尼亚接壤的狭窄盆地绵延约350英里。湖泊的青花的多样性，如达尔文的加拉帕戈斯雀，是"适应性辐射"的典型例子——物种在适应环境利基时迅速多样化。

布朗环境与社会研究所的环境科学家象牙说："Cichlids是研究这种进化过程的一个很好的模型系统。"湖中大约有 800 种物种，因此它是探索多样性发展方式的完美实验室。

进化生物学家已经对几个青花物种的基因组进行了测序。使用"分子钟"技术，生物学家可以揭示物种何时及时分化。这项工作表明，马拉维湖的青花已经多样化的适合和开始，与几个明显的多样化爆发开始约75万年前。

这项新研究将进化史置于生态语境中。

象牙和她的同事利用从湖底采集的沉积物岩芯，收集了过去120万年的湖泊环境历史。沉积物核心包含水生动物化石和植物花粉，以及重要的矿物学信息。岩芯化石组合和矿物指标的变化为环境条件——湖泊的水位、盐度和其他属性——如何随着时间而变化提供了线索。

研究表明，在120万到80万年前，马拉维湖一直很浅，很沼泽。但在大约80万年前，情况发生了巨大的变化。湖水深达700米，对大气候波动更加敏感。研究人员认为，这种变化可能是由一次构造事件引起的，该构造事件关闭了湖水出口，使流域得以填满。

在构造变化之后，湖面的环境变得不那么稳定了。研究发现，在过去的80万年里，湖泊在以深水、清澈水为标志的"蓝色相"和以浅藻填充水为标志的"绿色相"之间交替出现。证据表明，有扩展的蓝色相-每个持续约10万年-发生在80万和40万年前，以及一个从7万年前开始，今天仍然存在。在这些扩展的蓝色相之间，湖泊大约每两万年在绿色和蓝色相交。

延长蓝色相的时机与分子钟数据非常一致，分子钟数据表明，大约在75万、40万和7万年前发生了多样化事件。综合起来，结果表明，蓝色阶段为多样化创造了适当的条件。

象牙说，不断加深的水会创造新的岩石海岸线栖息地，使物种能够适应这些栖息地。清澈的水也可以允许鱼在选择配偶时使用视觉线索，这可能会推动青花物种颜色模式的进化。相比之下，在绿色阶段，湖床栖息地将是平坦和沙质的，缺乏岩石利基环境。浑浊的水会限制视觉线索在交配中的使用。

象牙说："在绿色阶段，水的浑浊和缺乏多样化的环境，有利于杂交，而不是多样化。"我们也期待在这些时期发生灭绝事件。

但这并不意味着绿色阶段在进化上并不重要。研究人员认为，在绿色阶段杂交可能会产生新的杂交特性，然后在蓝色阶段进行选择。研究人员说，这样，绿色阶段"对于'启动'多样性的泵至关重要"。

象牙说，先前的研究发现，最近的多样化事件和大约7万年前当前蓝色阶段的开始之间有联系。但这是研究人员首次证明，在湖的历史上，这种模式曾多次重复。

"这种模式的重复真的很有趣，"她说。"将进化过程与时间环境变化联系起来，对于理解我们今天看到的青花的多样性非常重要。