物种是什么？生物学家（尤其是鸟类学家）长期以来一直在争论最好的定义。在《大海雀：鸟类学进展》上发表的一篇评论提出了一个新概念：物种可以根据它们两个基因组之间独特的共同适应性来定义，一个在细胞核中，另一个在线粒体中。所有动物都有两组基因，一组在细胞核中，一组在称为线粒体的细胞器中，这两组DNA共同作用，使细胞呼吸和能量产生。如果它们不匹配，结果是能量输出减少，破坏自由基的产生增加。虽然最常用的物种定义是基于这样一种观点：孤立的种群会慢慢积累核基因变化，这使得杂交成为不可能，但是奥本大学的Geoffrey Hill对物种概念提出了一个新的解释：物种形成实际上是一组共同适应的线粒体和核基因的分化。
线粒体?，图片：cnblogs
博科园-科学科普：物种间的杂交物种由于其不匹配基因组在细胞中协同工作的能力降低，从而降低了适应性。过去的研究表明：线粒体基因型倾向于很好地显示鸟类之间的物种界限。这种“核相容性物种概念”有助于解释这样一个事实，即物种边界上线粒体基因型之间的突变对应、羽毛样式和雌性交配偏好的突变。有趣的是最近有文献记载两个密切相关的物种：蓝色翅膀的和金色翅膀的军舰鸟——也显示了线粒体基因的突变。几乎所有研究鸟类物种形成的鸟类学家都研究鸟类的系统地理——鸟类种群的地理分布和遗传结构。
相比之下研究鸟类的纹饰，尤其是鸟类的色彩，正是这一发现突然意识到，线粒体类型——或者更准确地说，是线粒体和核基因共同适应的集合——定义了物种的界限。如果从一个物种地理学的角度来看这个问题，就不会看到这种模式了。康奈尔大学的鸟类进化生物学家David Toews说：这是一个有趣且有争议的想法——核不相容可能是产生新的鸟类物种关键因素——我认为这是对这些不相容在年轻物种中如何表现的更多研究的呼吁。尤其是线粒体基因的功能方面，很少受到鸟类学界的关注，看到这些想法如何与未来的实证研究相配合，将是一件有趣的事情。
俄勒冈州立大学的遗传学研究揭示了同一物种孤立种群是如何进化到生殖不相容性，从而成为独立物种的。科学家们对太平洋潮间带甲壳类动物Tigriopus california的整个基因组进行了测序。Tigriopus是一种基于地理分离的分化模式物种，是一个物种转变为多个物种的早期阶段。研究了线粒体和核基因的共同进化。线粒体作为细胞的动力，产生三磷酸腺苷或ATP（一种化学能的来源）。和所有动物一样，加州靡情细胞的大部分基因都在细胞核中，但也有一些在线粒体中。项研究作者OSU的科学学院整合生物学助理教授Felipe Barreto说：线粒体细胞器包含一个只有37个基因的小染色体，但是这些基因对于新陈代谢是绝对必要的。
图片：俄勒冈州立大学
为了在细胞中正常产生ATP，在细胞核中编码的几百个其他基因必须与37个线粒体基因直接相互作用。线粒体基因的突变可能导致这些相互作用低于正常水平，从而导致代谢性能下降。北美太平洋沿岸的加利福尼亚人有线粒体基因，这些基因在不同的人群中存在着很大的差异。Barreto说：结果是，种群之间的杂交后代以较低的繁殖力、缓慢的发育和较低的ATP产量的形式降低了适应性。Barreto和来自加州大学圣地亚哥分校、南加州大学和北卡罗来纳大学的合作者使用分子统计模型筛选了8个种群的基因组，以检测哪些基因可能在种群之间不相容。因此，这些基因可能是了解不同种群如何变得不相容，并可能最终成为不同物种的候选基因。
博科园-科学科普｜参考期刊：Nature Ecology & Evolution｜研究/来自：俄勒冈州立大学，美国鸟类学会
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