【湖北日報】攀高原入深淵 解碼魚類演化之謎——記何梁何利基金獎獲得者何舜平
湖北日報全媒記者 文俊 通訊員 楊連東 孫慧
“從魚到人”的是如何演化的？海平面萬米之下的深淵中，魚是如何生存的？生物分類的過程像是一個“謎題”。
幾百年間，無數(shù)科學家為破解這個謎題而不斷努力，中國科學院水生生物研究所何舜平研究員是其中的一位杰出代表。
12月3日，何梁何利基金2024年度頒獎大會在北京舉行，何舜平獲得何梁何利基金科學與技術(shù)進步獎。
自1997年從法國自然歷史博物館畢業(yè)加入水生所以來，何舜平始終致力于魚類分類學與系統(tǒng)演化的基礎(chǔ)研究。他的科研足跡遍布喜馬拉雅高原到馬里亞納深淵。他曾兩次乘坐“深海勇士”號載人潛水器深入深海，采集多個深海魚類標本，首次開展深海及深淵魚類的適應(yīng)性研究，揭示了生命在深海極端環(huán)境中的適應(yīng)機制，填補了我國在深海魚類進化研究領(lǐng)域的空白。他的工作開拓了魚類系統(tǒng)分類的新方向，相關(guān)成果屢次發(fā)表于國際頂級期刊，并入選中國生命科學十大進展，為我國魚類學研究作出了卓越貢獻。
“從魚到人”，解碼脊椎動物登陸謎團
從水生到陸生轉(zhuǎn)變是脊椎動物演化史上的一次飛躍，也是脊椎動物演化中最重要的科學問題之一。人類的祖先從水里而來，但脊椎動物“從魚到人”的演化歷史還存在大量缺失的篇章。
脊椎動物登陸事件發(fā)生于有頜類的硬骨魚類?，F(xiàn)生硬骨魚類包含肉鰭魚類和輻鰭魚類。這兩個類群中物種數(shù)量最為繁盛的是肉鰭魚類中的四足動物（成功登陸的脊椎動物類群）以及輻鰭魚類中的真骨魚類。相對于這兩個最為繁盛的類群，硬骨魚類的基部類群物種數(shù)量相對稀少，但卻隱藏著祖先演化所遺留的痕跡，有“活化石”之稱。然而由于化石數(shù)據(jù)的缺乏，研究早期脊椎動物登陸時發(fā)生的重大演化事件非常困難。
何舜平從20世紀90年代在法國國家自然歷史博物館攻讀博士學位期間就對這些重大科學問題進行過深入思考，最終在歷經(jīng)30余年后，結(jié)合最新的基因組學大數(shù)據(jù)，成功解碼了脊椎動物登陸的遺傳創(chuàng)新。何舜平聯(lián)合了國內(nèi)外多家知名研究機構(gòu)，對位于總鰭類動物和輻鰭魚類基部類群，肺魚、多鰭魚、鱘魚、雀鱔和弓鰭魚等進行了深入研究，結(jié)合古代化石記錄、現(xiàn)生物種解剖數(shù)據(jù)和基因組學數(shù)據(jù)，重建了脊椎動物早期的系統(tǒng)演化歷史，并基于物種演化過程的比較分析，首次提出與四足動物陸生適應(yīng)的遺傳調(diào)控機制在其硬骨魚祖先中即已經(jīng)開始出現(xiàn)雛形。特別是空氣呼吸、骨骼運動和心肺發(fā)育相關(guān)的基因調(diào)控機制為后續(xù)肉鰭魚登陸演化出四足動物這一飛躍提供了重要的遺傳創(chuàng)新基礎(chǔ)。而肉鰭魚的共同祖先的陸地適應(yīng)性則進一步得到完善，為四足動物的最終登陸做好了前期準備。上述成果在Cell雜志發(fā)表兩篇論文，并被選為當期封面，并入選2021年中國生命科學十大進展。Science發(fā)表評論稱這些新工作帶我們回溯到魚類和四足動物轉(zhuǎn)換的遠古時刻。
青藏高原驅(qū)車20小時，揭示我國淡水魚類的分類奧秘
作為歐亞淡水魚類的主要組成部分，鯉形目一直受到學術(shù)界的高度關(guān)注。何舜平長期致力于鯉形目魚類的研究，構(gòu)建了鯉形目鯉科魚類物種最為詳盡的系統(tǒng)樹。通過形態(tài)和分子水平的研究，證明了鯉科東亞特有類群的獨立起源，為建立鯉科魚類的自然分類系統(tǒng)提供了寶貴的直接證據(jù)。
通過對非洲平鰭鲇科的系統(tǒng)發(fā)育分析，何舜平發(fā)現(xiàn)了非洲平鰭鲇科與亞洲鮡科魚類之間的關(guān)系，找到了亞洲鲇形目魚類中可能包含非洲起源的線索，為印度板塊在亞洲和非洲之間的遺傳作用提供了系統(tǒng)演化的新證據(jù)。
克服高原反應(yīng)，何舜平帶領(lǐng)團隊驅(qū)車20小時到青藏高原腹地海拔4000多米的湖泊采集到了研究魚類物種形成的標本，揭示了高原魚類系統(tǒng)演化和同域物種形成的重要性。不僅首次發(fā)現(xiàn)了高原魚類的同域物種分化和趨同現(xiàn)象，還通過種群基因組學闡明了同域物種分化的分子機制。在大量收集魚類標本的基礎(chǔ)上，何舜平承擔起了《中國動物志硬骨魚綱鯉形目上卷》的編撰工作。這部權(quán)威著作的完成不僅標志著占據(jù)我國絕大部分魚類的鯉形目分類系統(tǒng)的確立，還詳細記述了我國鯉形目中主要分布于青藏高原的185種魚類，為我國的魚類分類研究提供了重要的參考資料和理論依據(jù)。而上卷的完成，距離中卷和下卷的出版已經(jīng)過去了20余年。
8次下潛馬里亞納海溝，破解獅子魚生存之謎
海底深處，是地球上的最后一片未被完全探索的領(lǐng)域之一，是我們未知世界的最后邊疆，深淵魚類更是人類認知的盲區(qū)。
2019年初，何舜平在國際上率先完成深海獅子魚基因組序列，不但在分類學上探明深海深淵魚類主要由真骨魚類組成，還在國際上首次從整體、細胞和分子水平揭示了魚類適應(yīng)深淵環(huán)境的機理。研究發(fā)現(xiàn)，由于沒有陽光的照射，超深淵獅子魚通體透明；為適應(yīng)高壓環(huán)境，其骨骼變得非常薄且具有彎曲能力，頭骨不完全，肌肉組織也具有很強的柔韌性；基因組中與色素、視覺相關(guān)的基因發(fā)生了大量丟失，其中一個與骨骼鈣化的關(guān)鍵基因也發(fā)生了假基因化；在細胞和蛋白層面，多個與細胞膜穩(wěn)定和蛋白結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基因發(fā)生了特異突變，這些遺傳變異可能共同造成了這一物種的奇特表型和對超深淵極端環(huán)境的適應(yīng)能力。
為了更深入地研究深海魚類，2019年底，何舜平作為魚類學專業(yè)人員首次參加載人深潛，在為期50多天的航次中，率領(lǐng)的團隊8次下潛馬里亞納海溝東部，采集到一批深淵魚類樣品，推動了我國深海和深淵魚類研究從無到有，最終領(lǐng)跑世界。美國里海大學Herrera教授評價稱這項工作開拓性地揭示了生命如何適應(yīng)深海極端環(huán)境。何舜平作為唯一的魚類學家參與的能夠抵抗萬米深海高壓的機器魚研制引起了仿生學界的高度關(guān)注，該成果獲評2021中國科學十大進展。
