洞穴鱼类眼睛退化的原因

作者: 孙天任

来源: 科学世界

发布日期: 2021-12-04 18:30:00

本文探讨了洞穴鱼类眼睛退化的原因,指出能量消耗、其他器官需求、眼睛的脆弱性以及表观遗传变化等因素可能影响洞穴鱼类眼睛的发育。

在160年前发表的《物种起源》中,达尔文在解释穴居动物眼睛退化时不得不求助于拉马克的学说:“眼睛的这种状态大概是由于不使用而逐渐缩小的缘故”,后面附了一个“不过也许还得到自然选择帮助”的尾巴。随着遗传学的发展,今天的演化学者已经能够很好地解释这个问题。最广为接受的假说认为:答案的关键在于“能量”。

2015年一项发表于Science Advance的研究认为,对于正在发育的鱼类来说,发育眼睛要比失明多消耗15%的能量。洞穴系统的能量与氧气供给均较为匮乏,而维持眼组织,特别是视网膜和相关神经的成本相当高。在这种情况下,不在无用的眼睛上浪费能量是大自然的选择。此外,其他器官的需要也可能扼杀眼睛。

例如,有证据表明控制发育的基因Hedgehog的大量表达能增加鱼类头部腹面的味蕾数量,这有助于洞穴鱼类更有效地找到食物,但同时也会抑制鱼类眼睛的发育。还有一个原因在于,眼睛是一种暴露在体表的脆弱器官,很容易受损乃至感染。失去眼睛后的洞穴鱼类减少了此类风险,就更容易生存和繁殖下去。看上去,在洞穴鱼类的问题上自然选择已经大获全胜。

但是,2018年5月发表于Nature Ecology & Evolution的一项研究发现,一种洞穴盲鱼——墨西哥丽脂鲤(Astyanax mexicanus)与眼睛发育相关的多个基因并没有发生DNA序列上的失活突变(像许多其他洞穴鱼类那样),而是被甲基化这种表观遗传修饰所沉默。有研究者据此认为,或许是洞穴环境诱发了这种表观遗传变化,并将这种变化遗传给了后代。

换句话说,这是一种拉马克式用进废退对环境的快速响应。不过,许多研究者反对这种看法,认为参与甲基化的基因很有可能发生了变化,表观遗传变化本身其实还是遗传变化的结果。毫无疑问,达尔文式的自然选择是物种演化的主流。但在一些特定的演化事件中,或许表观遗传这一拉马克所未曾设想的机制,仍然占据着一席之地。

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