企鹅的历史分布及推测的扩散情况，箭头为企鹅可能的扩散路径，彩色区域为企鹅的分布范围
现代企鹅的演化关系与基因交流事件（Theresa L. Cole和周程冉绘）
02 企鹅适应环境的“基因秘诀”
当我们站在时间尺度上去观察企鹅的演化，就会发现企鹅的体型逐渐趋向小型化；喙、四肢等形态转变得更加适合海洋环境；而物种数目因冰期事件的影响，也与温度呈现了相反的变化趋势。
3400万年前的伊卡企鹅头骨化石与现代的秘鲁企鹅头骨对比图（Daniel Ksepka拍摄）
“传统上认为热带或温带生物相对极地生物会有更快的演化速率。” 论文共同第一作者、深圳华大生命科学研究院周程冉博士补充道，“但我们发现帝企鹅等高纬度企鹅具有比低纬度企鹅显著更快的演化速率，这表明南极极端环境给高纬度企鹅带来了较大的压力，而气候波动等环境事件则进一步推动了企鹅的迁徙、演化与分化，在一定程度上也促进了高纬度物种对极端环境的适应。”
本次研究找到了企鹅适应环境的“基因秘诀”，揭示了企鹅适应寒冷环境和在水下生活的潜在机制。
企鹅功能基因展示（周程冉和方妙全绘，照片来自pixabay）
由于海水的吸收作用，光被迅速削弱，仅有少量短波长光（如蓝光）能到达水下约200m的深度，所以相比空气，海水的透光性要差得多。因此水下视力一直是潜鸟面临的大问题。而在企鹅中，一些光敏感相关的基因生了突变，影响了光传导通路，促进了其对蓝光、紫外光的识别，让企鹅具备了暗光环境下敏锐的视觉。因此凭借多视觉基因改变的方式，企鹅获得了更好的水下视力。
作为世界上潜游能力最强的鸟类，企鹅素有“海洋之舟”的美称。其血红蛋白和肌红蛋白具有显著区别于其它鸟类的保守位点，而这些特征能让企鹅更高效地利用血液中的氧气，使其自身成为“高效富氧舱”，延长了潜水时间。
此外，研究团队还在体温调节、味觉偏好、肢体发育、骨骼生长和免疫系统等多方面发现了相关的适应性基因。这一系列重要的功能基因与企鹅形态、生理等特征的形成息息相关，也因为环境及其自身因素的共同作用，才塑造了今天的企鹅。
“在过去六千多万年漫长的岁月里，随着大陆的板块运动和大气二氧化碳浓度变化，企鹅历经了巨大的环境变化，尤其是从温暖亚热带到'寒冰地狱'的变迁。但是每次环境剧变后都有企鹅支系能脱颖而出、繁荣兴盛，这代表着企鹅有极强的演化适应能力。”论文作者、中国科学院动物研究所张德兴研究员补充道。但近些年企鹅的种群数量也因受到生境退化、环境污染、过度渔业捕捞等因素的影响而锐减。企鹅未来会怎样面对环境变化，能否健康地继续生存下去，也将成为一个亟待探索的问题。
“通过这些数据，我们有机会全面地揭示企鹅的物种形成和灭绝过程。现生企鹅的共同祖先出现在大约1400万年前，之后气候环境的变化推动了企鹅物种的快速分化，在分化过程中还伴随着复杂的基因流动，这些对现生企鹅的形态多样性的塑造造成了巨大的影响。”论文通讯作者、浙江大学生命演化研究中心张国捷教授总结道，“本项工作综合了古生物，基因组，古环境气候等信息，完整地刻画了一大类群物种的宏观演化过程，阐述了推动这一过程的内在遗传和外在环境因素的影响，将为更多研究提供参考。这是探索生命演化和环境适应迈出的重要的一步，也是新的开始。”
