用4500年的时间，它长成了世界上最大的生物

这听起来可能像科幻小说，但一种神秘的超级生物正在疯狂扩张自己的领地，现在它已经成为世界上最大的生物，覆盖面积近200平方公里。

鲨鱼湾位于澳大利亚最西端，拥有世界上最大的海底和最丰富的海藻资源此外，这里还有世界上数量最多的儒艮和世界上最古老的活化石叠层石叠层石，形成于约35亿年前，是大量藻类在生命活动过程中碳酸化海水中的钙，镁，粘结沉淀碎屑颗粒而形成的坚硬的环状沉积物它包含了世界上最古老的生命形式，但大多数是作为化石被发现的可是，在鲨鱼湾发现的叠层石中仍然有活着的藻类这些都是世界上最好的，以至于鲨鱼湾在1991年被列为世界自然遗产

鲨鱼湾的航拍照片，暗部是海藻平原世界上最大的生物

在鲨鱼湾的众多地理特征中，最大的海草平原无疑为该地区丰富的生物多样性提供了重要基础鲨鱼湾的海藻有十几种，而其他海域只有一两种西澳大利亚大学的进化生物学家伊丽莎白·辛克莱和她的同事多年来一直关注鲨鱼湾的大型温带海草平原

两年前，他们从海草平原的10个地点收集了海藻样本，想要探索这些海草在空间尺度上的遗传差异但令他们惊讶的是，9个地点的样本经基因检测证实是同一种植物——澳大利亚海神草这些站点之间的最远距离为180公里

今年6月，伊丽莎白领导的研究小组在《英国皇家学会学报b》上发表了对澳大利亚海神草的研究，他们测试了收集的海藻样本中约18000个遗传标记，结果显示这些海藻样本在遗传上完全相同这也意味着，这一大片海草平原可能都是通过同一个幼苗的自我克隆而扩展开来的澳大利亚弗林德斯大学的马丁·布里德也参与了这项研究回忆起当时的情景，他说，我们在想，‘这到底是怎么回事我们完全被难住了

这种海草每年可以蔓延35厘米左右，因此可以推断，这片草甸大约需要4500年才能蔓延到现在的规模——跨度至少180公里，面积200平方公里这是地球上已知的最大的克隆，辛克莱说

二倍体和多倍体

海藻一般栖息在海洋的海岸线和河流的河口它们可以通过开花进行有性繁殖，也可以通过根茎的水平延伸从自身克隆，从而进行无性繁殖有性后代通常会从父母那里继承一半的基因组

这项新研究的主角——澳大利亚海神草，其基因组极其特殊，继承了每个亲本的完整基因组，是一种四倍体生物几乎所有的高等动物和一半以上的高等植物都是二倍体，有两套染色体多倍体往往不能生育，无法进行有性繁殖，所以繁殖这种海藻的唯一方法就是自我克隆

以前的研究表明，单个海草可以不受干扰地无限克隆目前，全球已发现4个大规模的海草无性系除了澳大利亚鲨鱼湾的海草平原，其他三个分别位于西地中海，波罗的海和美国佛罗里达州的印第安河泻湖可是，多倍体海草在三个海草平原没有发现正因为如此，澳大利亚海草独特的多倍体特征引起了研究人员的强烈好奇——为什么这种海草能成为世界上最大的克隆体为什么只有鲨鱼湾的海藻是多倍体多倍体在海草的多样化和扩展中是否发挥了独特的作用

极端环境中的多倍体

很久以前，鲨鱼湾有沙质沉积物，表面宽阔，不受海浪影响，为海草的克隆和生长提供了一个浅而隐蔽的宜居环境但从几千年前开始，由于生物作用，碳酸盐沉积物一直在这里堆积海岸堤岸开始上升，海水变浅，导致鲨鱼湾的生态环境极端化——温度波动大，光照水平，海水盐度增加此外，还缺乏植物生长必需的营养物质磷研究人员意识到，鲨鱼湾独特的环境创造了极端的环境压力，这可能是澳大利亚海神草多倍体广泛分布的原因

研究人员采用基因分型的方法检查了南方古猿多倍体的DNA序列，并与南方古猿现有的一些基因序列进行了比较，以评估鲨鱼湾不同梯度下南方古猿种群的遗传多样性和遗传结构这种海藻的二倍体祖先只在10个采样地点中的一个被发现，它们的生长范围被限制在一个地区在其余9个基因座中，广泛分布着南方古猿二倍体祖先与另一种未知海藻通过基因组杂交和复制形成的多倍体

2022年6月，在澳大利亚海神草草甸上进行采样工作。

他们推测，8500年前鲨鱼湾海平面快速上升导致海草栖息地被淹没，这可能对澳大利亚海神草的二倍体祖先产生了很大影响当二倍体不能适应日益严峻的环境压力时，多倍体具有极高的环境适应性，可以突破环境对二倍体的限制这也表明多倍体化可能是一种成功的进化策略全基因组复制不仅赋予多倍体更好的遗传多样性，也使其具有更强的适应性这种多倍体海藻可以在新的更恶劣的环境中生长，通过不断的自我克隆，分布如此广泛这导致了我们今天看到的壮观的海草平原——世界上已知最大的克隆生命

进化的加速器

基因组复制是在生物环境的压力下进行的，形成多倍体，从而提高遗传多样性和适应性这种情况不仅仅发生在海藻上陆地上有许多植物物种以多倍体的形式广泛分布于世界各地，在高纬度等极端环境中更为常见与二倍体祖先相比，它们能适应一些完全不同的环境和栖息地，这也说明了多倍体的优越性

事实上，一些系统基因组学研究表明，所有被子植物都经历了至少一轮多倍体化这些多重事件总是与全球气候的剧烈变化有关例如，大约1.2亿年前，地球表面的温度极高当时一些被子植物主要种群为了增强对环境的适应能力，开始独立繁殖被子植物在多轮环境的刺激下，不仅提高了环境适应性，而且促进了新物种和生物多样性的产生

可以说，在环境的刺激下，野生植物基因组多倍体的出现是进化的加速器在农业科学领域，物种多倍体化更像是驯化作物，培育新品种的重要工具比如我们今天吃的无籽西瓜，就是人工培育的三倍体

看到多倍体化可以给植物带来很多好处，不知道会不会有人好奇人类可以通过基因组加倍进化吗事实上，大多数高等动物，尤其是人类，由于其基因组中的遗传信息量巨大，基本上都是精确耦合的二倍体，容错能力极差这也意味着，一旦发生染色体加倍，总会有严重的后果

比如孕妇分娩前必须做的唐氏筛查项目，就是检查胎儿是否有染色体异常，可能导致唐氏综合征这种症状也称为21—三体综合征，是指患者的21号染色体出现异常，可能是多了一条染色体，也可能是异位或嵌合染色体，而患者通常表现为智力低下，免疫力低下和不育仅仅是单个染色体加倍就可能导致人类畸变如果全基因组翻倍，恐怕可能的结果是出现后不久就消失了

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