在黑暗中度过1100万年：盲眼洞穴鱼如何改写进化论

在对所有已知弱视鱼

在对所有已知弱视鱼物种基因组的分析中，研究人员发现不同物种彼此独立地定居于洞穴系统，并在适应黑暗洞穴环境的过程中分别演化出相似的特征——例如眼睛和色素的丧失。

他们的研究成果发表在期刊Molecular Biology and Evolution（分子生物学与进化）上。

通过研究导致鱼类眼睛退化的基因突变，研究人员开发了一种突变时钟，使他们能够估算每个物种开始丧失眼睛的时间。他们发现最古老的洞穴鱼物种——奥扎克盲鱼（Troglichthys rosae）的视觉相关基因早在1100万年前就开始退化。

研究人员表示，该技术为鱼类定居的洞穴提供了最小年龄，因为当洞穴鱼的视力开始退化时，它们必定已栖息于地下水域。

“使用传统的地质年代学洞穴定年技术测定北美东部古老地下生态系统的年代非常具有挑战性，这些技术在超过约300万至500万年的上限后便不可靠，”该研究的共同第一作者、耶鲁大学文理研究生院生态与进化生物学系学生蔡斯·布朗斯坦说。“确定洞穴适应鱼类谱系的年龄使我们能够推断它们所栖洞穴的最小年龄，因为这些鱼不可能在阳光充足的环境中开始丧失视力。在此案例中，我们估计某些洞穴的最小年龄超过1100万年。”

马克斯·普朗克生物智能研究所和巴塞尔大学的马克西姆·波利卡波是共同第一作者。

在这项研究中，研究人员利用化石记录、基因组数据以及对所有现存相关物种的高分辨率扫描，重建了弱视鱼的时间校准进化树。弱视鱼属于一个古老且物种稀少的淡水鱼目——Percopsiformes（鲑鲈目）。

所有洞穴鱼物种都具有相似的解剖结构，包括细长的身体和扁平的头骨，它们的腹鳍要么已完全丧失，要么严重退化。沼泽鱼（Chologaster cornuta）是洞穴鱼谱系的姐妹群，栖息在浑浊的地表水域，同样具有扁平头骨、细长身体且无腹鳍。虽然它保留了视力和色素，但其眼周骨骼出现软化现象，而这在洞穴鱼中已完全消失。布朗斯坦表示，这表明洞穴鱼是从一个已具备适应弱光环境能力的共同祖先演化而来。

为了解洞穴鱼何时开始定居洞穴——这是无法从进化洞穴——这是无法从进化树的分支中辨明的——研究人员研究了鱼类的基因组，检测了88个视觉相关基因的突变。分析显示，不同洞穴鱼谱系涉及视力丧失的基因突变组合完全不同。他们表示，这表明不同物种是独立地定居洞穴并适应这些地下生态系统的。

基于此，研究人员开发了一种方法，通过计算洞穴鱼物种自开始丧失视觉相关基因功能拷贝以适应洞穴生活以来所经历的世代数量。

他们的分析表明，奥扎克盲鱼的洞穴适应发生在225万至1130万年前，而其他洞穴鱼谱系的洞穴适应则发生在34.2万至170万年前（最小值）万至170万年前（最小值）和170万至870万年前（最大值）之间。研究人员称，这些发现支持了至少四个弱视鱼谱系在从地表栖息祖先演化后独立定居洞穴的结论。

研究人员指出，这些最大年龄值超出了传统洞穴定年方法的范围，后者包括对宇宙射线在岩石和土壤中产生的宇宙成因核素进行同位素分析。

该研究的资深作者、耶鲁大学文理学院生态与进化生物学教授托马斯·尼尔表示，这些发现对人类健康也具有潜在意义。

“我们在洞穴鱼基因组中观察到的许多导致眼睛鱼基因组中观察到的许多导致眼睛退化的突变，与引起人类眼部疾病的突变相似，”同时担任耶鲁皮博迪博物馆宾厄姆海洋鱼类学馆长的尼尔说。“海洋鱼类学馆长的尼尔说。“存在转化医学的可能性，即通过研究洞穴鱼这一自然系统，我们可以研究洞穴鱼这一自然系统，我们可以深入了解人类眼部疾病的基因组机制。”

其他合著者包括南卡罗来纳州自然资源部的理查德·C·哈灵顿、美国自然历史博物馆的伊娃·A·霍夫曼、佛罗里达州立大学的玛雅·F·斯托克斯以及巴黎西岱大学的迪迪埃·卡萨内。