弹涂鱼的解剖学研究揭示了它们对陆地行走的适应性

冲绳的红树林是许多动物物种的家园，从螃蟹到翠鸟；它们拥有一个充满生命的多样化生态系统。居住在那里的古怪居民中有“南托比哈兹”——被禁止的弹涂鱼

“它们是鱼，但它们可以部分在陆地上行走和生活，”非线性和非平衡物理单元的Fabienne Ziadi-Künzli博士说，他是最近发表在《解剖学杂志》上的一项弹涂鱼解剖学研究的第一作者

这种被科学地称为银色眼周虫的斑条弹涂鱼有不止一个奇怪之处。它们的眼睛更多地位于头顶而不是头顶，尽管没有肺，但这些鱼可以呼吸空气

Ziadi-Künzli博士说：“泥鳅通过皮肤或口腔吸收氧气，皮肤必须保持湿润。”。有时，它们甚至会吞下一大口空气，并把它放在那里，把它带到蛋里。Ziadi-Künzli博士解释说：“它们在泥里挖洞，吹出里面的空气，以确保卵获得足够的氧气。”

然而，它们对陆地生活最惊人的适应可能是行走的能力。Ziadi-Künzli博士说：“我们的祖先在离开水之前就发育了四肢和手指，但我们在这些鱼身上没有看到这一点。泥鳅是两栖动物，仍然有游泳和行走的鳍。”。为了在陆地上移动，弹涂鱼主要使用附着在身体侧面的鳍，称为胸鳍

Ziadi-Künzli博士说：“泥鳅有一种独特的移动方式，这在任何其他现存的两栖鱼类中都是看不到的。它被称为拐杖。”。弹涂鱼不会像人类走路时那样交替移动胸鳍，而是同时向前摆动胸鳍，就像我们用拐杖减轻受伤腿的重量一样

观看弹涂鱼在冲绳红树林岸边行走。Image caption：Ken Maeda博士/OIST进化过程快照

“思考这些鱼以及它们是如何行走的，这有点令人兴奋。在Mahesh Bandi教授和他的同事完成了一项关于人类脚的特定形状如何为其行走提供必要稳定性的研究后，我们开始想知道在研究两栖弹涂鱼的鳍时，我们可能会看到陆地上运动的形态适应，”Ziadi-Künzli博士说。作为一名鱼类生物学家，在科学兴趣的驱使下，她深入研究了有关这一主题的文献

令人惊讶的是，上一次对弹涂鱼鳍进行深入的解剖学研究是在20世纪60年代进行的，关于弹涂鱼肌肉和其他软组织对陆地生活的适应性的信息很少。凭借她在解剖学研究方面的经验以及在OIST核心设施内获得微型计算机断层扫描（µCT）的机会，她和她的同事决定调查弹涂鱼对水外生活的适应情况

Ziadi-Künzli博士解释说：“µCT有一个X射线源和一个可以拾取信号的显微镜探测器。因为我们对软组织感兴趣，我们使用碘在图像上给软组织提供更好的对比度。”

通过这种方法，研究小组对各种鱼类进行了成像，从弹涂鱼及其进化近亲开始。为了进行比较，研究人员还扫描了其他鱼类，例如斑马鱼，它们与弹涂鱼只有远亲关系

随着初始成像的完成，研究中最困难的部分即将开始：分析µCT产生的数千张单独图像。Ziadi-Künzli博士指出：“我们不得不手动对所有这些图像进行分类，以识别每个组织。基本上，我们自2019年以来一直在进行分析。”

当弹涂鱼的第一批3D图像揭示了它们对水外生命的几种独特适应时，研究人员的乏味工作最终被证明是值得的。Ziadi-Künzli博士说：“我们发现它们的胸鳍肌肉更大，它们所附着的肩带也是如此。”

当研究人员发现弹涂鱼用来行走的胸鳍中，一些连接肌腱的骨头被筋膜组织取代时，他们更加惊讶

Ziadi-Künzli博士解释说：“我们认为这是一种适应，有助于弹涂鱼在行走时向前推进，因为筋膜组织提供了更大的稳定性，可能有助于产生在陆地上移动身体所需的力量。”

陆地上更高强度的重力似乎导致了弹涂鱼身体的另一种适应。Ziadi-Künzli博士说：“肩部和骨盆鳍之间有一种连接，这是我们在扫描的任何其他鱼类中都没有看到的。”。这些变化暗示了当生物从水过渡到陆地时，进化压力可能有多大

弹涂鱼的骨头也没有不受影响，它们的鳍在行走时需要比游泳时承载更多的重量。Ziadi-Künzli博士说：“如果你看一个横截面，通常胸鳍鳍是新月形的，但在弹涂鱼中，它们在鳍基附近是圆形的，然后朝鳍尖变为新月形。

“我们认为这可能会给鳍带来更多的机械稳定性。”其他研究人员描述了类似形状的鳍骨，一些已经灭绝的鱼类化石，是陆地行走动物的祖先。

所有这些发现都让研究小组渴望更深入地了解弹涂鱼的进化。”当弹涂鱼处于幼虫状态时，它们看起来与许多其他虾虎鱼幼虫没有什么不同。，但在变态过程中，它们会迅速改变身体和鳍的解剖结构。Ziadi-Künzli博士说：“我们希望研究从幼虫到成虫的这一发展，以便更好地理解这一转变。”对于这些未来的任务，Ziadi-K'nzli博士和合著者Ken Maeda博士建立了一个跨实验室合作，研究弹涂鱼从幼虫到成鱼的变态过程。“使用这些虚拟解剖工具为我们提供了一个全新的动物解剖学视角，这是一项重要的工作。毕竟，如果我们不知道生物体是如何构建的，我们该如何理解生物体及其进化适应？Ziadi-Künzli博士说