有“腿”的北锯鲂鮄（Prionotus carolinus）来源：Anik Grearson
来源 哈佛大学
翻译 字鑫楠
编辑 魏潇
鲂鮄（鲂鮄科，角鱼科，Triglidae）俗称海中知更鸟，是一种适应于底栖生活的海洋鱼类，其六条类似腿的附肢使它们非常擅长快速移动、挖掘和寻找猎物，以至于其他鱼类总是跟随它们，窃取它们的猎物。
2019 年，科里·阿拉德（Corey Allard）在美国科德角海洋生物实验室（Cape Cod’s Marine Biological Laboratory）偶然接触到的这些奇特的“长腿”鱼类，激发了他的研究兴趣。
“鲂鮄是一个具有非常不寻常且新颖特征的物种的例子，”阿拉德继续说，“我们想把它当做模型，来探讨‘新器官如何形成’的问题。”
随后阿拉德对鲂鮄生物学进行深入研究，并与美国斯坦福大学的研究人员展开合作，最终在《当代生物学》（Current Biology）上连续发表了 2 篇与贝洛诺和斯坦福大学的艾米·赫伯特（Amy Herbert）、大卫·金斯利（David Kingsley）等人合著的论文。这些研究提供了迄今为止对鲂鮄如何使用它们的“腿”，哪些基因控制这些“腿”的出现，以及这些动物如何用作进化适应概念框架的最全面理解。
鲂鮄的“腿”实际上是它们胸鳍的延伸，每侧有三个。阿拉德首先试图确定这些“腿”是否是真正的感觉器官，此前科学家们对此有所怀疑但从未证实。他通过实验观察圈养的鲂鮄捕食猎物的过程，发现它们会交替进行短暂的游泳和“行走”。它们偶尔还会在沙子表面上刮擦，以在无需视觉提示的条件下找到埋藏的猎物，如贻贝和其他贝类。研究人员意识到，这些“腿”对机械和化学刺激都很敏感。即使他们把仅含单一化学物质的胶囊埋起来，鲂鮄也能轻松找到它们。
机缘巧合下新的发现出现了，阿拉德在研究过程中收到了一批外观与原始鱼类相似的鱼，但这些新来的鱼没有像原来的鱼那样挖掘和寻找埋藏的猎物或胶囊。“我以为它们只是一些不合格的样本，或者是实验设置出了问题，”贝洛诺笑着回忆道。
原来，研究人员是获得了另一种不同种的鲂鮄。在研究中，他们最终对这两种鱼都进行了描述——北锯鲂鮄（Prionotus carolinus），它能挖掘埋藏的猎物，对触觉和化学信号高度敏感；而带纹锯魴鮄(P. evolans)则缺乏这些感官能力，能用“腿”移动和探测，但不用于挖掘。
通过比较两种鱼的“腿”部差异，他们发现挖掘种类的“腿”是铲形的，并覆盖着乳头状突起，类似于我们味蕾的结构。非挖掘鱼的“腿”呈棒状，且没有乳头状突起。基于这些差异，研究人员得出结论，乳头状突起是演化中的次级特化。
研究鲂鮄的“腿”不仅仅是为了和奇特的动物共处（尽管这也很有趣）。这些“会走路的鱼”可能是一种非常有潜力的模式生物，可以用于比较特化特征，并告诉我们演化是如何使生物适应非常特定的环境的。
大约 600 万年前，人类演化出直立行走的能力，从灵长类祖先中分离出来。双足行走是人类物种的一个定义性特征，但我们对这一变化的发生时间、原因和过程知之甚少。鲂鮄和它们对海底生活的适应可能提供一些线索。例如，控制鲂鮄“腿”发育的基因转录因子也存在于包括人类在内的其他动物的四肢中。
第二项研究聚焦于遗传学，合作者包括斯坦福大学的金斯利实验室（Kingsley lab）、意大利物理学家阿格内斯·塞米纳拉（Agnese Seminara）、德国马克斯·普朗克研究所（Max Planck Institute in Germany）的生物学家莫德·鲍德温（Maude Baldwin），全面研究了行走鱼类不寻常特征的遗传基础。研究人员使用转录组学和基因编辑等技术，确定哪些转录因子在鲂鮄的“腿”形成和功能中发挥作用。他们还培育了两种腿型不同的鲂鮄的杂交后代，以探索这些差异的遗传基础。
“艾米和科里在物种描述方面做了很多工作，我认为从行为描述到分子描述，再到对其进化假设的描述，这是非常罕见的，”贝洛诺说，“我认为这是一个很好的蓝图，展示了研究人员如何提出一个科学问题，并以好奇和开放的心态严谨地追问下去。”
原文链接：
https://www.eurekalert.org/news-releases/1058710
本文来自微信公众号“环球科学科研圈”。如需转载，请在后台回复“转载”，或通过公众号菜单与我们取得联系。相关内容禁止用于营销宣传。
