开阔的海洋是恶劣和充满敌意的环境，昆虫可能不会在这里繁衍生息。事实上，只有一种昆虫群体，海洋滑冰者或水黾，已经适应了公海的生活。
然而，这些昆虫如何进化以征服公海尚不清楚。
现在，一项对滑冰运动员遗传学的研究提供了一条线索。答案与东太平洋的主要洋流何时形成有关，每种滑冰者都在进化以适应这些洋流的独特条件。
来自新加坡国立大学 (NUS) 和加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所的科学家们研究了在夏威夷和秘鲁之间的东太平洋用浸网收集的三种海洋滑冰者物种的遗传学。研究结果表明，当这些水流转变为现代配置时，滑冰者变得专门研究不同的水流系统。
这些发现可以解开每个滑冰者物种如何占据与其他昆虫截然不同的栖息地的奥秘，并加深我们对气候变化如何影响海洋生物的理解。
新加坡国立大学李光前自然历史博物馆的昆虫学家温迪·王博士说：“海洋滑冰者的遗传历史与我们的海洋的遗传历史密切相关，真是太神奇了。”“开阔的海洋是一个极其恶劣的环境，白天阳光直射，强风和食物有限。它们的身体覆盖物或角质层保护内部器官免受高温和紫外线伤害的能力，以及在暴风雨中生存和寻找食物的能力在这个独特的栖息地，没有其他昆虫可以在海洋中展示其独特的生态作用。这些特征使它们成为材料科学和极端生物适应性研究的迷人主题。”
研究小组于 2021 年 9 月 5 日首次在《海洋生物学》杂志上报告了他们的发现。
将遗传数据与气候变化联系起来
海洋滑冰者一生都在公海的表面膜上不停地奔跑，忍受猛烈的风暴并以被困在海面或海面以下的微小猎物为食。目前，有五种已知的海藻属海洋物种。虽然关于它们在哪里可以找到的信息已经很明确，但对它们的遗传变异以及洋流、温度和风等物理因素如何影响它们的分布知之甚少。
研究小组对从墨西哥近海到秘鲁以及远至夏威夷的海上收集的三种滑冰物种进行了遗传研究。大多数标本是由斯克里普斯海洋学的海洋生物学家、该研究的合著者 Lanna Cheng 博士用浸网从海洋表面掠过的。郑博士是一位世界专家，她致力于研究卤酸盐，她研究该属已有近五年时间。
王博士领导了三个物种近 400 个标本的基因测序和遗传分析。研究人员发现了物种之间不同的遗传变异，这些变异说明了古代人口增长和发展的不同故事。
其中最古老的 Halobates splendens 被发现在近一百万年前扩大了其种群。另外两个较年轻的物种，Halobates micans 和 Halobates sobrinus，被发现在 100,000 到 120,000 年前数量增加。
这些形成日期与过去的气候事件相匹配。H. splendens 现在发现于秘鲁洋流起源于南美洲海岸的冷舌的丰富、多产的水域中。气候学数据表明，冷地表水的这种物理特征在一百万年前就出现了，恰好与 H. splendens 的遗传多样性和种群增长时期同时存在。
另外两个物种 H. sobrinus 和 H. micans 被确定在中美洲温暖、相对贫瘠的水域中进行了多样化。当厄尔尼诺气候模式导致温暖的海水进入东太平洋时，这两个物种的种群都扩大了。大约 100,000 年前，厄尔尼诺现象在 H. micans 和 H. sobrinus 的栖息地中尤其强烈，这与这些物种发展其现代遗传模式和种群规模的时间相吻合。
“由于在开阔的海洋中没有明显的物理边界来阻止它们，Halobates 几乎可以从加利福尼亚海岸滑过整个太平洋到日本和更远的地方，”郑博士说。“然而，本文研究的两个物种 H. sobrinus 和 H. splendens 从未被发现冒险越过东太平洋，我们不知道为什么。这篇论文从它们的祖先中给了我们线索。”
斯克里普斯海洋学教授理查德诺里斯是一位古生物学家，他在这项研究中将海洋滑冰者种群的扩张与化石记录表明现代洋流首次形成的时期相匹配。
诺里斯教授说：“遗传学表明，我们研究的三个物种各自都有人口增长时期，这与它们生活的当前系统何时形成的地质证据非常吻合。”“也许我不应该感到惊讶，因为海洋生物专注于特定的海洋条件是很常见的，但这些滑冰者生活在海洋之上。显然，即使是海浪和水面膜的特征也有足够的不同。潮流对这些人来说很重要。”
进一步的研究
王博士阐述道：“我们的研究结果强调了气候条件对海洋种群的深刻影响。随着未来几十年持续的气候变化加速，这些结果也有助于了解海洋生物的命运。”
为了扩展他们的知识，研究人员将继续通过研究它们的基因组来检查这种神秘海洋昆虫的种群动态。
“利用这项研究的关键见解，再加上我们正在进行的工作，我们的目标是将各种 Halobates 物种的进化起源联系起来，并揭示它们如何占据当今海洋表层和沿海栖息地，”海洋生物学家和合著者，新加坡国立大学生物科学系黄丹伟助理教授，斯克里普斯海洋学校友。
合著者 Marc Cheng 先生补充说：“拥有基因数据对于我们正在研究的海洋滑冰者等生物特别有用，因为我们无法在自然环境中从行为学上观察它们以追踪它们的种群。”他是新加坡国立大学的博士生，他正在使用 DNA 测序方法来揭示海面生命的遗传基础。
