科学家们发现，鱼类生物荧光——这种在鲜艳色彩中发光的迷人能力——拥有超过1亿年的古老起源。该特征在珊瑚礁鱼类中独立演化超过100次，很可能受到恐龙灭绝后珊瑚礁扩张的影响。这种发光奇观的多样性远超此前想象，横跨数百个物种的多种色彩。
新研究还揭示，在海洋鱼类中，生物荧光——当生物体吸收光线、将其转化并以不同颜色发射时发生——所涉及的色彩种类比先前报道的更为广泛，涵盖绿色、黄色、橙色和红色的多个波长。
“研究人员已知晓生物荧光在海洋动物中相当普遍，从海龟到珊瑚，尤其是鱼类，”博物馆理查德·吉尔德研究生院的博士研究生、两项新研究的主要作者艾米丽·卡尔表示。“但要真正探究这些物种为何及如何利用这种独特适应性——无论是为了伪装、捕食还是繁殖——我们需要了解其潜在的进化历程以及当前生物荧光的范围。”
针对《自然·通讯》的研究，卡尔主导了对所有已知生物荧光硬骨鱼的全面调查——硬骨鱼是当今现存脊椎动物中占比最大的类群。调查最终确定了459种生物荧光物种，其中包括48种先前未知具有生物荧光的物种。研究人员发现生物荧光在海洋硬骨鱼中独立进化了超过100次，估计可追溯至约1.12亿年前，首次出现在鳗鱼中。
研究团队还发现，栖息于珊瑚礁内或周边的鱼类物种进化出生物荧光的速率约为非礁栖物种的10倍，荧光物种数量在白垩纪-古近纪（K-Pg）灭绝事件（约6600万年前，所有非鸟类恐龙在此时期灭绝）后呈现增长。
“这一趋势与现代珊瑚主导的礁区兴起及鱼类对礁区的快速拓殖相吻合，而后者发生在K-Pg灭绝事件导致珊瑚多样性显著丧失之后，”卡尔指出。“这些关联表明现代珊瑚礁的出现可能促进了与礁区相关硬骨鱼类荧光多样性的发展。”
本研究报告的459种已知生物荧光硬骨鱼中，大多数与珊瑚礁相关。
针对《公共科学图书馆·综合》的研究，卡尔及其同事采用配备紫外线和蓝色激发光源以及发射滤光片的专业摄影装置，检测了博物馆鱼类学藏品中鱼类发射的光波长。这些标本在过去十五年间通过博物馆在所罗门群岛、格陵兰岛和泰国的考察活动收集，先前已观测到荧光现象，但其生物荧光发射的全谱范围未知。
新研究揭示了硬骨鱼发射色彩的多样性远超既往报道——某些科表现出至少六种不同的荧光发射峰，对应跨越多种颜色的波长。
“我们在大量荧光鱼类中观察到的显著变异可能意味着这些动物利用基于物种特异性荧光发射模式的、极其多样且精密的信号系统，”博物馆馆长、新研究作者及卡尔的导师约翰·斯帕克斯表示。“正如这些研究表明，生物荧光在海洋鱼类中既普遍存在又具有惊人的表型多样性。我们真正希望更深入理解的是，荧光在这些高度变异的海洋谱系中如何发挥作用，以及其在多样化进程中的角色。”
研究人员还指出，本研究中发现的众多荧光发射波长可能对识别新型荧光分子具有意义，这类分子常用于生物医学应用，包括荧光引导的疾病诊断与治疗。
参与本研究的其他作者包括：博物馆及内布拉斯加大学林肯分校的勒内·马丁；克莱姆森大学的梅森·瑟曼；加州州立大学的卡莉·科恩；乔治华盛顿大学的乔纳森·惠伊；巴鲁克学院及纽约市立大学研究生中心的大卫·格鲁伯；罗格斯大学的泰特·斯帕克斯。
所罗门群岛的研究由美国国家科学基金会资助，项目编号DEB-1257555。
博物馆衷心感谢达利欧基金会对首届Explore21考察活动的慷慨支持。
博物馆的Explore21计划由凯瑟琳·P·肯普纳和小托马斯·L·肯普纳的领导性捐赠慷慨支持。
2019年康斯坦丁·S·尼亚尔霍斯格陵兰考察由斯塔夫罗斯·尼亚尔霍斯基金会慷慨资助。
泰国研究由博物馆和美国国家科学基金会研究生研究奖学金计划资助，项目编号DEB-1938103。
本研究的额外资金由美国国家科学基金会提供，项目编号DGE-1746914。