作者 辰辰

出品 網(wǎng)易科技《知否》欄目組（公眾號(hào)：tech_163）

圖示：生活在深海中的燈籠魚 研究發(fā)現(xiàn)燈籠魚家族中的一些成員眼睛中有多種視桿色素蛋白，能夠在黑暗的深海環(huán)境中感知到顏色。

　　長期以來，科學(xué)家們一直認(rèn)為深海生物眼中所看到的是一個(gè)完全黑暗的無色世界。但是最新研究在部分深海魚體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了多種視桿色素蛋白，其之前在脊椎動(dòng)物中從未發(fā)現(xiàn)過，但或許能夠讓生活在深海的一些魚分辨出更多顏色。

　　這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了長期以來關(guān)于深海生物如何感知顏色的假設(shè)。

　　“我們根本沒有意識(shí)到這一點(diǎn)，”該研究負(fù)責(zé)人、澳大利亞布里斯班昆士蘭大學(xué)海洋生物學(xué)家法比奧·科特西（Fabio Cortesi）說。

　　波士頓大學(xué)生物學(xué)家克納利(Christopher Kenaley)雖然并沒有參與這項(xiàng)研究，但他說這份報(bào)告應(yīng)該促使科學(xué)家重新考慮深海魚類視力非常有限的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。

　　“深海里有一些關(guān)于動(dòng)物如何交流的重要問題，”他說，“新發(fā)現(xiàn)讓我們了解到它們可能如何能夠互相發(fā)現(xiàn)。”

　　脊椎動(dòng)物的視覺是由眼睛后部的感光細(xì)胞實(shí)現(xiàn)的。這些被稱為視桿和視錐(rods and cones)的細(xì)胞含有色素蛋白，可以檢測(cè)到不同類型的光，并將信息傳遞給大腦。

　　典型的脊椎動(dòng)物眼睛中有多種類型的視錐細(xì)胞，每種視錐都能夠在明亮工作環(huán)境下感應(yīng)到一定范圍內(nèi)的顏色。除此之外，眼睛中還有一種視桿細(xì)胞，能夠在昏暗環(huán)境下感知光線。由于視桿細(xì)胞有著相同的色素蛋白，因此視桿細(xì)胞不能分辨顏色。

圖示：人們?cè)诤芏嗌詈ｔ~類的眼睛中發(fā)現(xiàn)了能夠過濾黃光的色素蛋白

　　科特西和他的同事們想知道是否能從長期生活在黑暗環(huán)境中的魚類中發(fā)現(xiàn)一些例外。2015年一項(xiàng)以淺水魚類為主要對(duì)象的科學(xué)研究引發(fā)了他們的疑問。該研究發(fā)現(xiàn)，其中一些魚類體內(nèi)的視錐細(xì)胞色素蛋白基因比科學(xué)家們此前預(yù)期的要多。

　　“我們只是想，如果其他魚類的視覺系統(tǒng)比之前認(rèn)為的更復(fù)雜，我們應(yīng)該研究研究深海魚，”瑞士巴塞爾大學(xué)(University of Basel)進(jìn)化生物學(xué)家沃爾特·薩爾茨伯格(Walter Salzburger)說，其曾經(jīng)全程監(jiān)督了該研究。畢竟，如果真的有魚類能夠在黑暗中以多種方式觀察環(huán)境，那么它們肯定是生活在光線無法照射到的深海中。

　　人們對(duì)生活在海平面以下1000多米的魚類知之甚少。一些深海魚類的瞳孔會(huì)變大，視桿細(xì)胞能夠幫助它們捕捉周圍光線。在這些深度，大部分光線是由魚類自身通過生物發(fā)光產(chǎn)生的。

　　在這項(xiàng)新研究中，研究人員首先計(jì)算了101種生活在不同棲息地的魚類基因組中視桿和視錐色素蛋白的基因數(shù)量。盡管他們發(fā)現(xiàn)了12種擁有多達(dá)7個(gè)視錐色素蛋白基因的魚類，但真正讓他們震驚的是發(fā)現(xiàn)了13種擁有不止一個(gè)視桿色素蛋白基因的魚類。

圖示：擁有強(qiáng)視覺的深海魚：銀棘鰭魚（上）、燈籠魚（中）和管眼魚（下）

　　其中有四種魚類擁有五種以上視桿色素蛋白基因，它們分別是管眼魚(Stylephorus chordatus)、冰川燈籠魚(Benthosema glaciale)、長翼棘鰭魚(Diretmoides pauciradiatus)和銀棘鰭魚(Diretmus argenteus)。

　　這四種魚都生活在海平面以下1000到2000米的地方。其最近的共同祖先可以追溯到1億多年前，所以研究人員認(rèn)為這些額外的基因在每個(gè)譜系中都是獨(dú)立進(jìn)化的。

　　“是為了觀察獵物嗎？或者是在幾乎完全黑暗的環(huán)境中尋找伴侶？還是為了躲避捕食者？” 薩爾茨伯格說。“這是我們能想到的三個(gè)主要的進(jìn)化優(yōu)勢(shì)。”

　　但這些魚類真的借助了額外的視桿色素蛋白嗎？為了回答這個(gè)問題，研究小組檢查了代表36種不同魚類的樣本。其中一些組織樣本已經(jīng)保存在實(shí)驗(yàn)室里，另一些則是在垂釣時(shí)獲得的。

　　科特西和其他研究人員在晚上用拖網(wǎng)捕魚，這樣魚就不會(huì)受到可能損害其眼睛的陽光照射。科特西說，用拇指大小的魚裝滿一小桶就需要6個(gè)小時(shí)。

　　在這36種魚類中，大多數(shù)只有一種活性基因可以產(chǎn)生視桿色素蛋白。至少有三種魚類擁有5種視桿色素蛋白活性基因。

　　其中擁有最多視桿色素蛋白活性基因的是銀棘鰭魚。它有38種視桿色素蛋白基因，其中14種在眼睛內(nèi)部起作用。相比之下，大多數(shù)人只用了三種視錐色素蛋白來感知整個(gè)世界的顏色。

　　薩爾茨伯格說，目前還不清楚銀棘鰭魚是如何利用所有這些視桿色素蛋白的，但科學(xué)家們懷疑它們可能會(huì)增加對(duì)微弱光線的敏感度。

　　為了弄清楚銀棘鰭魚可能會(huì)看到什么顏色，研究人員用一些細(xì)菌在培養(yǎng)皿中培育了銀棘鰭魚的一些視桿色素蛋白，然后用一束光進(jìn)行照射，看看色素蛋白能夠吸收哪一部分光譜。他們發(fā)現(xiàn)這些色素蛋白的探測(cè)范圍可以覆蓋到整個(gè)生物發(fā)光的光譜——從不同深淺的藍(lán)色、綠色到黃色。

　　最后，他們用這些結(jié)果來預(yù)測(cè)其他擁有多種視桿色素蛋白的深海魚類能夠看到哪些顏色。這些色素蛋白的形狀是關(guān)鍵因素，因?yàn)椴煌螤畹纳氐鞍讓?duì)不同波長的光敏感。

　　研究工作表明冰川燈籠魚、管眼魚和長翼棘鰭魚可能能夠探測(cè)到藍(lán)光，以及綠色和黃綠色的光。但它們的感知范圍不會(huì)像銀棘鰭魚那么廣。

　　目前科學(xué)家并沒有行為實(shí)驗(yàn)，因此還不能確定這些魚是否真的用它們的視桿細(xì)胞來看到各種顏色。薩爾茨伯格說，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)很難成功，因?yàn)檫@些魚不僅很難捕到，而且一旦被帶出水面，就無法長時(shí)間存活。

　　盡管如此，沒有參與這項(xiàng)研究的科學(xué)家們一致認(rèn)為，用多種視桿色素蛋白來辨別魚類本身就是一個(gè)新鮮事物。

　　生物學(xué)家大衛(wèi)·亨特(David Hunt)專門研究脊椎動(dòng)物的視覺進(jìn)化，他稱這一發(fā)現(xiàn)“相當(dāng)驚人”。

　　“這是未知的，完全出乎意料。” 亨特說，“我還在努力弄清它的真正含義。”

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