另一个丢失的基因（这个基因让科学家感到惊讶）编码一种修复受损DNA的酶 。 他认为这种变化也与深潜有关 。 当鲸目动物浮出水面呼吸时 ， 氧气会突然涌入它们的血液 ， 结果 ， 可以分解DNA的活性氧分子也会泛滥 。 缺失的酶（DNA聚合酶Mu）通常会修复这类损伤 ， 但它的修复很草率 ， 经常会留下突变 。 其他的酶更精确 。 希勒认为 ， 也许“DNA聚合酶Mu”太马虎了 ， 不适合鲸类动物的生活方式 ， 无法处理不断潜水和浮上来产生的大量活性氧分子 。 放弃不准确的酶 ， 把修复工作留给鲸目动物也拥有的更准确的酶 ， 可能会增加氧气损伤被正确修复的机会 。
当然 ， 鲸目动物并不是唯一回到水中的哺乳动物 ， 其他水生哺乳动物的基因损失通常与鲸鱼和海豚相似 。 例如 ， 鲸目动物和海牛都停用了一种名为“MMP12”的基因 ， 这种基因通常会降解弹性蛋白 。 也许这种失活帮助两组动物都发育出了高度弹性的肺 ， 使它们在浮出水面时能够快速呼气和吸气 ， 大约占肺体积的90% 。
然而 ， 深海潜水的适应并不全是关于损失 。 一个明显的进步是在携带肌红蛋白指令的基因上 ， 肌红蛋白是一种向肌肉提供氧气的蛋白质 。 科学家们检测了潜水动物的肌红蛋白基因 ， 从小水獭一直到巨型鲸鱼 ， 发现了一个规律：在许多潜水动物体内 ， 这种蛋白质的表面带有更多正电荷 。 这将使肌红蛋白分子像两个北磁体一样相互排斥 。 研究人员怀疑 ， 这使得潜水哺乳动物能够保持高浓度的肌红蛋白 ， 而不会使蛋白质聚集在一起 ， 从而在潜水时保持较高浓度的肌肉氧气 。
病原体的压力
早期的鲸目动物在开始游泳时还面临着另一个挑战：数十亿微小的细菌 。 与空气相比 ， 水栖环境是病毒、细菌和其他病原体的杂烩汤 ， 它们会试图通过鲸鱼的皮肤和肺部潜入鲸鱼体内 。 “这是一个生存环境 ， ”盐湖城犹他大学的进化遗传学家内森·克拉克（Nathan Clark）说 。 “所有面向外部环境的东西 ， 都更容易受到病原体的攻击 。 ”他认为 ， 这些海洋细菌刺激了影响回到海洋的哺乳动物的皮肤和肺部的基因变化 。
克拉克和他的同事们在检查鲸目动物、海牛、儒艮和鳍脚类动物（海豹、海象和海狮）的DNA时 ， 发现了这些皮肤和肺部的变化 。 他们寻找在所有水生哺乳动物中 ， 某一特定基因似乎比陆地哺乳动物中的同一基因积累DNA变化更快或更慢的情况 。 这种模式告诉他们 ， 随着水生生物适应海洋 ， 基因面临着强大的进化压力 。
研究人员在2016年报告称 ， 他们在这三个不同的水生生物群体中发现了数百个显示出这种模式的基因 。 在这样的进化压力下 ， 基因包括编码皮肤中蛋白质的基因 ， 以及编码覆盖在肺部内部的液体表面活性物质的基因 。 很难确切地知道这些基因变化是如何使动物的生理状况变得更好的 ， 但进化遗传学家内森·克拉克的最佳猜测是 ， 保护它们免受细菌的侵袭 。
毫不奇怪 ， 当鲸目动物回到水下时 ， 免疫系统的基因也发生了变化 。 哥本哈根大学的进化生物学家安德里亚·卡布雷拉（Andrea Cabrera）说 ， 事实上 ， 这是一种常见的进化模式 。 每次你改变环境 ， 你必须适应病原体和微生物的新组成 。 卡布雷拉在《生态学、进化和系统学年度评论》上与别人合著了2021年遗传学和鲸类进化的观点 。 中国科学家甚至发现 ， 海豚体内的一种特殊细菌传感器 ， 对陆地细菌的反应效率低于奶牛体内的相应蛋白质 。
【回到海洋的哺乳动物：鲸鱼从陆地到海洋的进化】当内森·克拉克专门筛选鲸目动物、海牛类动物和鳍足类动物回到水中时丢失的基因时 ， 他的头号发现是一种名为“PON1”的基因 。 它所编码的蛋白质的功能还不完全清楚 ， 但克拉克怀疑 ， 使其失去活性可以保护鲸类动物免受炎症的影响 ， 因为长时间屏住呼吸会发生炎症 。
当鲸目动物第一次重返海洋时 ， 使 PON1 基因失活是件好事 。 但今天 ， 一个功能性的 PON1 基因可能会派上用场 。 在哺乳动物中 ， 它编码可以降解有毒有机磷农药的主要酶 。 昆虫缺乏PON1 ， 所以它们很容易受影响 。 我们人类和其他陆地哺乳动物受到一定程度的保护 。 克拉克说：“如果这些海洋哺乳动物失去了它 ， 如果它们像海牛一样在农业径流和运河附近出没 ， 这可能是一个要命的问题 。 ”
感官系统
内森·克拉克和其他科学家还观察到 ， 鲸类嗅觉基因和味觉基因的功能大幅减少 —— 在一项研究中 ， 齿鲸的嗅觉基因减少了近80% 。 陆地哺乳动物有数百个嗅觉感受器 ， 这些感受器使它们能够辨别各种各样的气味 ， 但这些感受器在空气中工作 ， 而不是在水中 。 （它们不同于鲨鱼等鱼类使用的水下感觉系统 。 ）
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