在無邊的黑暗中，它們進化出了一種超能力

授權轉自：原理

哲學園鳴謝

深海給了我黑色的眼睛，我卻用它來尋找光明。

在深海之中，一些魚進入到了漆黑一片的洞穴深處，在黑暗的環境中繁衍生息。在歷經了世代更替之後，它們的眼睛幾乎如同消失了一般。

但神奇的是，在陽光都無法穿透的深海中，有一些魚卻進化出了超強的視覺能力，它們能高度適應其他生物所發出的任何微弱的光芒或閃爍。進化生物學在這些魚的體內發現了桿視蛋白和視黃醛蛋白的基因數量的異常增加，而這些正是與探測微弱光線有關的蛋白。

這些多出來的基因非常多樣，它們能產生的蛋白質可讓這些魚在多種波長下捕獲每一個可能的光子。這或許意味著，在深海中遨遊的這些魚類雖然生活在黑暗中，實際上卻能夠看到顏色！

這一發現幾乎顛覆了科學家對深海視覺的基礎認知。從過去的研究中我們了解到的是，在越深的海洋中生活的魚類，它們的視覺系統就越簡單。研究人員原本假定這種趨勢會一直持續到海底。而這次的發現讓我們知道，在海洋最深處生活的魚類是擁有這些視蛋白的，這意味著在深海中，光與進化之間的相互作用比我們想像的要複雜得多。

陽光在海水中能照射的深度。| 圖片來源：美國國家海洋和大氣局（NOAA）

在海洋中，最後一絲陽光通常消失1000米的海洋深處。但在過去15年里，研究人員意識到，深海中瀰漫著一種微弱的生物發光，這些光來自閃光的蝦、章魚、細菌，甚至還有魚類。大多數脊椎動物的眼睛幾乎察覺不到這種微妙的閃光。那麼魚類是如何看見這些亮光的呢？

為了研究這個問題，進化生物學家Walter Salzburger帶領一個研究小組，對深海魚的視蛋白展開了研究。視蛋白氨基酸序列發生變化能改變檢測到的光的波長，因此如果視蛋白種類繁多，就能使色覺成為可能。其中，一種被稱為RH1（視紫紅質1）的視蛋白在微弱的光線下可以很好地工作。這種視蛋白存在於眼睛的視桿細胞中，它使人類能夠在黑暗中看見東西，但只能看到黑白兩色。

研究人員在101個魚類物種中尋找視蛋白基因，其中7個物種為大西洋的深海魚類，他們對這些魚類的基因組進行了完整測序。結果發現，大多數魚類和許多其他脊椎動物一樣，含有一到兩種RH1視蛋白，但有4種深海物魚類（即燈籠魚、管眼魚，以及兩種黑銀眼鯛，分別是銀色洞鰭鯛和短鰭擬銀眼鯛）格外不同，它們全部至少擁有5種RH1基因，而其中銀色洞鰭鯛擁有38種。這對於脊椎動物的視覺來說是前所未聞的。

具有超強視力的深海魚類：（上）銀色洞鰭鯛、（中）燈籠魚、（下）管眼魚。| 圖片來源：Pavel Riha/ 捷克布傑約維采南波西米亞大學

為了確保這些額外的基因並不只是些沒有功能的副本，研究人員對其中的36個物種進行了基因活性測試，其中包括11種深海魚類。結果表明，這些深海物種含有多種處於活躍狀態的RH1基因，而在一直生活于海底2000米的成年銀色洞鰭鯛體內，他們發現了14個RH1基因。乍看之下，這是非常矛盾的結果，因為這裡是光線最少的地方。

研究人員可以根據一種視蛋白的氨基酸序列來預測其最敏感的波長。深海魚中共有24種基因的突變改變了它們的RH1蛋白的功能，其中每一種都被調適到可以看見一些藍光和綠光，而這也正是生物發光的顏色。行為生態學家Gil Rosenthal表示：「其中一些視蛋白可能被用來檢測與食物、危險或社會互動相關的特定的生物發光信號。」

這4種深海魚類屬於魚類譜系樹的三個不同分支，這表明這種超視覺反覆進化了多次。視覺生態學家Eric Warrant表示：「這表明生活在極端光照環境中的動物，可能會面臨極端的需要提高視覺功能的自然選擇壓力。」

豐富的視蛋白也有助於解釋黑銀眼鯛為何擁有不同尋常的視網膜結構。這種魚類的一些視桿細胞比普通情況下要長得多，而且許多視桿細胞會一層層堆疊起來，而不是排列成單一的一層。擴大了的細胞與堆疊的結構有助於確保檢測到更多的入射光子，但長期以來，研究人員一直假設這些視桿細胞都具有相同的視蛋白。現在看來，就像舊式感光膠片上的塗層一樣，不同大小的視桿細胞是可以捕捉不同波長的光的。

由於這些魚類生活在海洋深處，我們不可能收集活到體樣本來檢測它們的視力。但Salzburger和其他人一致認為，多種桿視蛋白可能使這些魚類得以辨別不同的顏色。對這些魚而言，如墨般黑暗的深海之中，微弱的生物發光或許就如明亮的地面世界一樣，生動而充滿變化……

參考鏈接：

[1] https://www.sciencemag.org/news/2019/05/deep-dark-ocean-fish-have-evolved-superpowered-vision

[2] https://medium.com/@robertroybritt/freaky-deep-sea-fish-evolve-clever-color-detection-systems-93f59bbd252d

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！