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海龍科魚類的演化機制成為一個出圈的有趣話題

2021-08-20 13:40:06 來源：中國科學(xué)報

中國科學(xué)院南海海洋研究所研究員林強團(tuán)隊牽頭完成的最新科研成果，揭示了關(guān)于草海龍附葉形成與牙齒丟失的演化機制，并首次闡明了海龍科魚類性別決定基因的產(chǎn)生和演化歷程。近日，相關(guān)研究以封面論文形式發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》。

是雄性卻能懷孕，吃肉卻不長牙齒，這些極其另類的生物學(xué)特征，使得海龍科魚類的演化機制成為一個“出圈”的有趣話題。海龍科魚類，包括海馬和海龍，具有豐富多樣的形態(tài)特征和獨特的雄性育兒行為，一直是海洋生物進(jìn)化和物種保護(hù)研究的熱門對象。

“在海龍科魚類群中，草海龍體形最為獨特，其體表生長的大量‘附葉’可似海草般隨水流搖曳，從而完美地隱匿于海草床中，是海洋魚類中的‘擬態(tài)達(dá)人’。”林強指出，物種特異性狀的發(fā)生，是對生存環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)化的重要響應(yīng)。草海龍的“附葉”正是為適應(yīng)海草床而演化出的新器官。

研究發(fā)現(xiàn)，“附葉”表達(dá)基因主要從皮膚和鰭等器官募集而來，表明相關(guān)基因?qū)π缕鞴佼a(chǎn)生和維持的重要作用。另外，“附葉”還擁有大量免疫反應(yīng)和組織修復(fù)的相關(guān)基因，暗示“附葉”不僅是“擬態(tài)”工具，同時具有重要的免疫和再生作用，幫助草海龍應(yīng)對捕食者或病原微生物侵?jǐn)_，可能對草海龍成功適應(yīng)海草床生態(tài)系統(tǒng)有著重要意義。

海龍科魚類主要以小型甲殼類為食，是名副其實的“肉食動物”。然而，它們卻沒有牙齒用以捕獵，主要依靠細(xì)長的管狀吻吸食獵物。研究表明，脊椎動物普遍存在的scpp5基因在海龍科魚類中出現(xiàn)了假基因化。通過基因編輯技術(shù)敲除scpp5基因后，斑馬魚的牙齒減少且出現(xiàn)嚴(yán)重畸形，證實了該基因的功能缺失是海龍科魚類牙齒丟失的關(guān)鍵因素。

此外，在草海龍祖先的進(jìn)化過程中amhr2基因偶然發(fā)生復(fù)制，并承擔(dān)起雄性性別決定的功能，成為了草海龍雄性特異性性別決定基因amhr2y。amhr2y在草海龍的近緣種綠海龍中還存在基因融合事件，但在其他海龍科物種中均未發(fā)現(xiàn)該基因，說明了海龍科魚類性染色體和性別決定基因的多樣性和進(jìn)化過程的復(fù)雜性。另外，作為草海龍雄性的身份標(biāo)記，amhr2y基因可用于鑒定和區(qū)分幼魚性別，有助于草海龍種質(zhì)資源保護(hù)。