在广袤的海洋中，无数具有光合作用能力的微小藻类和其他单细胞微生物自由浮游、繁衍生息。这类被称为“浮游植物”的微小生命，不仅是整个海洋食物网的基础，更通过持续释放氧气并固存二氧化碳，对全球气候系统产生深远影响。然而，浮游植物面对气候变迁与人类活动干扰时，其适应能力与遗传稳定性究竟如何？
为回答这一问题，一个跨学科研究团队在“PHYTOARK”项目中，对过去8000年来东波罗的海的硅藻物种Skeletonema marinoi的遗传组成与多样性展开了系统研究。近日，由康斯坦茨大学环境基因组学研究组领衔的相关成果，已在国际权威期刊《全球变化生物学》（Global Change Biology）正式发表。研究揭示，人类活动已显著影响该藻类种群的遗传稳定格局。
“在过去的数千年间，所研究的硅藻种群遗传结构一直保持高度稳定。然而，直到最近一千年以来，随着人类对波罗的海开发利用程度的不断提升，我们才观察到其基因组成发生了快速变化，”论文第一作者、科隆大学生物学系劳拉·埃普（Laura Epp）课题组的博士后亚历山德拉·施密特（Alexandra Schmidt）指出。这种变化本身并非绝对负面，但其变化速度与强度在近代显著加剧，明确指向人类活动的影响。至于这些种群能否“恢复”到原先的遗传状态，仍有待进一步观察。
追溯海底的遗传印记
为获取数万年前硅藻的遗传物质，研究团队在波罗的海海底进行了沉积物钻探取样。取自波罗的海东部戈特兰盆地和芬兰海盆的岩芯样本，宛如一座座封存完好的“遗传时间胶囊”。“海底沉积物中保存的‘古DNA’，是指生物体死亡后埋藏于沉积物中、历经数千年乃至更久仍得以留存的遗传物质，”劳拉·埃普解释道。因此，通过分析岩芯不同沉积层中的遗传信息，便能追溯硅藻种群随时间的演变轨迹——沉积层越深，其中所含的遗传物质年代越久远。
从这些岩芯中，研究人员成功提取了约8000年前的硅藻DNA。为基于这些古DNA可靠推断该物种的遗传抵抗力，团队有目的地富集并测定了硅藻两个细胞器——叶绿体与线粒体——中的遗传序列。这两个细胞器各自携带独立的小段遗传物质，通过比较不同沉积层中这些序列的变异，即可系统分析从8000年前至今，硅藻种群遗传组成的长期动态变化。
面对气候变迁的稳定性
研究结果显示，该硅藻种群的遗传组成在长时间尺度上总体保持稳定。即使经历全新世暖期（约10000–6000年前）与小冰期晚期（约1400–1300年前）等自然气候波动阶段，其遗传结构虽出现短暂变化，最终仍会恢复至原有组成。然而，自最近几个世纪以来，硅藻遗传组成发生了明显加速且迄今尚未逆转的变化。“值得注意的是，这些变化并非直接与气候冷暖阶段同步，而是与波罗的海地区人类活动增强的时期相吻合，例如维京时代、汉萨同盟时期以及工业化阶段。”施密特补充道。
人类活动成为关键驱动力
研究表明，尽管历经数千年的自然气候波动，波罗的海硅藻种群仍展现出较强的遗传稳定性。然而，自历史时期以来，其遗传组成变化速率显著加快，这清楚表明人类活动已成为影响种群遗传动态的关键因素。可能的驱动机制包括：日益频繁的航运活动、海岸带工程建设、农业面源污染导致的营养盐输入等。劳拉·埃普总结道：“即便是那些我们未直接利用或看似无关的生物，其基因组也可能在人类活动影响下发生改变。如今，我们已能够系统研究并揭示这类影响，进而更深刻地理解生态与进化动态，为科学制定保护对策提供关键依据。”
