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文化

生活在漆黑深海里的魚是如何看到顏色的?

JoAnna Klein2019-05-13 06:47:35

“深海里還有很多未解之謎?!?/p>

本文只能在《好奇心日報》發布,即使我們允許了也不許轉載*

銀色洞鰭鯛(silver spinyfin,俗稱小多利[little dori])生活在深海的“暮色帶”(Twilight Zone)——這里距離海平面以下大約半英里(約合 805 米),海水由藍色逐漸變為黑色。在那里,它們看到的世界可能與其他已知動物看到的都不同。

科學家普遍認為,由于陽光無法企及與水面相距甚遠的深海,因此沒有足夠的光線讓生活在那里的動物感知顏色,它們也就不一定非得擁有彩色視覺能力。但是,當地時間上周四(5 月 10 日)發表在《科學》的一篇研究提到,對彩色視覺感興趣的研究人員在分析了 101 種不同魚類的基因組后發現,銀色洞鰭鯛不僅擁有可識別微光的基因,其數量甚至比地球上其他脊椎動物更多。這些基因讓它們能夠看見深海里的殘余微光和所有類型的生物光,而其他魚類也可能擁有這種在深海里探測顏色的能力。

“以前在有脊椎的魚類中從未有過這樣的發現,”梅根·波特(Megan Porter)說道。她在夏威夷馬諾大學(University of Hawaii at Mānoa)研究視覺進化,但沒有參與此項研究?!斑@一發現與我們認為的深海里的視覺系統進化情況相左,因此不得不質疑各個視覺系統究竟是如何在昏暗的光線下運作的?!?br>

一般來說,光線在抵達視網膜后就會產生視覺。我們的視網膜內有可感光的視桿細胞和對特定波長反應靈敏的視錐細胞,這兩種細胞里的感光色素或視蛋白(visual opsins)會把光線轉化為可供身體解讀的信號。

通常來說,脊椎動物最多有 4 種視錐細胞和 1 種視桿細胞。比方說,大多數人可透過 3 種視錐細胞看到紅色、綠色和藍色。視錐細胞讓我們能在光線充足的環境中看到顏色,但當光線昏暗時,我們只能透過視桿細胞來感受光的強度,因此通常會變成“色盲”。

但是,有的深海魚似乎能用與眾不同的方式觀察它們的世界。

《科學》雜志上的這項研究是由布拉格查理大學(Charles University in Prague)的進化生物學者蘇珊娜·穆西洛娃(Zuzana Musilová)發起的。她的團隊發現,與其他魚類相比,深海魚體內的部分基因已經退化——這種基因能產生感知紅光和紫外線的視錐細胞和視蛋白。但由于這些光的波長本來就無法直達深海,因此這一發現并不令人意外。不過,研究人員還發現,某些深海魚有多余的可制造視桿細胞的基因。

他們在仔細研究了 101 種基因組后發現,三種不同種類的深海魚有多余的基因,這讓它們能在微弱的光線中擁有“視覺”。其中,銀色洞鰭鯛體內的基因數量最多。這些基因能產生 2 種視錐蛋白和 38 種視桿蛋白——這一數量比已知任何脊椎動物的還要多,也讓它們對藍光更為敏感。

“這是非常獨特的發現,讓我們感到相當震驚,”穆西洛娃說道。

不過更令人驚訝的是,銀色洞鰭鯛身上有 14 種視桿蛋白基因依然活躍(深海中成年魚體內的視桿基因比生活在較淺海域的幼魚更多),由此生成的每種蛋白都能感知一種波長略微不同的綠光或藍光。

這些魚類可能會利用多余的基因去偵測有細微區別的光,看到一個我們無法想象的由藍光和綠光交織而成的世界。

但是,它們也可能沒有完全使用這些額外的視覺力量。此前,科學家用皮皮蝦(mantis shrimp)做過實驗——這種蝦的眼睛構造復雜,擁有超過 12 種色覺視錐細胞和其余動物所沒有的視覺處理系統。雖然它們能偵測到更多顏色,但進一步的研究發現,當它們必須把顏色與食物聯系在一起時,辨別細微色差的能力卻不如人類。

波特表示:“皮皮蝦的案例說明,我們在分析它們如何使用不同感受器時存在不少誤解?!边@些魚類確實有可能透過視桿細胞看到顏色,但那個世界看起來是什么樣的呢?“我不敢冒險猜測,因為那是一個我們從未見識過的世界,”她補充道。

大部分科學家認為,遷居到深海生活的生物為了適應那里的環境,一些不必要的身體功能會逐漸退化,比如說視覺——尤其是可識別顏色的基因。這么一來,復制和保持視桿蛋白基因有什么作用呢?

銀色洞鰭鯛自身不會發光,但在深海里可能會利用這種“視覺”更容易探測到捕食者和獵物發出的生物光信號(bioluminescent signals)。此外,當它們在各個成長階段跨越不同海域時,也能夠更好地看清環境。

“這一現象要么是由生態差異造成的,要不然就是因為我們研究的生物還不夠多,還沒有發現其他海洋物種也有相同的模式,”波特說道?!吧詈@镞€有很多未解之謎?!?br>


翻譯:熊貓譯社 Emily

題圖版權:Dr. Wen-Sung Chung, University of Queensland

? 2019 THE NEW YORK TIMES

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