在四月刊的《大众科学》中,我 介绍 了近期关于慈鲷非凡进化的见解。虽然许多因素可能促成了该类群的惊人成功,但一个可能非常重要的因素是它们不寻常的摄食器官:除了其他鱼类通常具有的口颌外,慈鲷还在喉咙中拥有一组额外的颌骨——就像电影《异形》中的生物一样。这些喉咙颌骨是高度变异的鳃骨,附带相关的韧带和肌肉,充当额外的食物处理器,可以在食物通过口腔后将其压碎或刺穿。第二对颌骨的进化意味着慈鲷可以进化出口颌的各种特殊功能,以适应特定的食物种类,而不会有过度依赖特定食物来源的危险,因为它们还有喉咙颌骨作为后盾。
更令人惊奇的是,至少在某些物种中,喉咙颌骨可以在个体的一生中适应不同的食物来源。我和我的同事对一种广食性河流物种(Astatoreochromis alluaudi)的喉咙颌骨的形态可塑性进行了一系列实验,该物种在不同的种群中,根据蜗牛这种食物来源的常见程度,有时以蜗牛为食,有时则不以蜗牛为食。在这些鱼类中,牙齿和喉咙颌骨上支撑牙齿的骨骼会随着以坚硬猎物为食而发生变化。鱼的牙齿不像我们的牙齿那样是永久性的。相反,它们大约每六周就会被下方长出的新牙齿不断替换。喉咙颌骨中的细胞显然可以感知到因摄食如此坚硬的食物而产生的物理应力所带来的机械应变。
我们的实验已经确定了许多可能参与导致骨骼和牙齿形状发生这些深刻变化的基因和基因相互作用,这些变化使鱼类能够更有效地以这些坚硬的蜗牛为食。由于这项工作,我们开始更好地理解表型可塑性的分子发育基础——即个体通过相应地改变其形态来应对环境变化的能力。
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我们目前正在测试的一个想法是,与这种河流慈鲷相比,更专业的物种,例如生活在非洲维多利亚湖的极端专家,是否已经失去了对环境变化做出反应的能力。它们是否变得更加“硬连接”?最初负责可塑性的相同基因和基因通路是否会在以后以更僵化的方式被招募用于永久性的物种特异性差异?专业化是否以可塑性为代价进化而来?值得深思。
参考文献