科学家发现鮟鱇鱼奇异的进化秘密

Melanocetus johnsonii鮟鱇鱼的图片。 图片来源：Kory Evans/莱斯大学

来自莱斯大学的一项突破性研究揭示了鮟鱇鱼非同寻常的进化过程，这种深海生物的奇异适应性长期以来一直吸引着科学家和公众。 这项研究发表在《自然生态学与进化》上，揭示了这些神秘的生物是如何在严酷、资源匮乏的深海区（海面以下3300英尺至13000英尺的公海区域）实现多样化的。

这项研究由莱斯大学的科里-埃文斯（Kory Evans）和他以前的本科生罗斯-福切尔（Rose Faucher）等生物学家组成的团队领导，分析了鮟鱇鱼（Lophiiformes）从海底栖息地过渡到深海开放水域的进化历程。

通过尖端的遗传分析和博物馆标本的三维成像，研究人员重建了鮟鱇鱼的进化树，并确定了使这些动物能够在被认为是地球上最具挑战性的环境中茁壮成长的形态创新。

鮟鱇鱼最著名的是它们的生物发光诱饵，这种诱饵悬挂在它们的额头上，在深海的永恒黑暗中吸引猎物。 然而，它们的进化故事远不止于这种引人注目的适应性。 研究发现，深海中上层鮟鱇鱼（ceratioids）起源于底栖或海底栖息的祖先。

这个祖先生活在大陆坡上，然后过渡到深海区的开放水域，这一过渡为快速进化变化创造了条件。 随后，鳕形目动物发展出了更大的颚部、更小的眼睛和横向压缩的身体等特征--这些都是为了适应在食物有限、没有阳光的环境中生活而量身定制的。

尽管有这些方向性的趋势，但陶瓷鱼的体形也表现出显著的差异性，从典型的球形鮟鱇鱼到像"狼笼"表型这样的拉长体形，后者的下颌结构类似于一个陷阱。 这一发现是本研究中最令人惊讶的，因为尽管深海区明显缺乏生态多样性，但它并没有像预期的那样限制进化。

相反，鮟鱇鱼的表型差异水平很高，无论是在浅海还是深海，都高于它们的底栖亲戚。 这表明，鮟鱇鱼并没有受到深海环境挑战的限制，而是探索了新的进化可能性，使它们的身体形态和捕猎策略多样化。

论文共同通讯作者、生物科学助理教授埃文斯说："深海鮟鱇鱼具有生物发光诱饵和大口腔缝隙等独特特征，可能是资源有限的深海区适应性辐射的少数有据可查的例子之一。这些特征很可能使鮟鱇鱼在利用稀缺资源和驾驭极端环境方面具有优势，尽管我们没有强有力的证据将这种多样性与这种资源专业化直接联系起来。"

埃文斯指出，这项研究为非适应过程（如松弛选择或随机突变）也可能导致观察到的变异性留下了空间。

研究人员还比较了不同栖息地的鮟鱇鱼支系，发现了更多意想不到的结果。 沿海物种（如蛤蟆鱼）生活在多样化和富饶的珊瑚礁环境中，它们的进化变化率远远低于深海中的同类物种。

福切尔与加州大学欧文分校博士后伊丽莎白-克里斯蒂娜-米勒（Elizabeth Christina Miller）是这篇论文的共同第一作者。当鱼类与不同的地貌相互作用时，比如浅水中的珊瑚和植物，或者海底的沙子和岩石，我们就会认为鱼类的形状会有很大的变化。 相反，我们却在这些深海鱼身上看到了这种变化，因为它们除了水之外什么都没有。"

研究人员采用了多种先进的方法来进行这项研究。 他们利用来自 132 个物种（约占已描述物种的 38%）的 1092 个遗传位点的数据构建了鮟鱇鱼的系统发育，并辅以化石校准和基因组数据来估计分化时间和祖先栖息地。 从博物馆标本中收集了形态学数据，包括线性身体测量和通过微型计算机断层扫描进行的三维头骨形状分析。

为了评估进化趋势，研究人员采用系统进化比较方法来评估表型和品系的多样化，而差异分析则量化了垂钓鱼支系和栖息地之间的形态变异程度。 然后，他们采用贝叶斯模型重建了祖先的栖息地，揭示了 Ceratioids 在过渡到中上层之前起源于底栖祖先。 最后，主成分分析直观地展示了鮟鱇鱼如何占据表型空间的不同区域，揭示了身体、头骨和下颌形状的进化趋势。

埃文斯说："鮟鱇鱼是生命如何在极端限制条件下进行创新的完美范例。这项工作不仅增进了我们对深海生物多样性的了解，还说明了进化的韧性和创造力。"

这项研究的意义远不止于鮟鱇鱼的进化史。 它为了解生命如何适应极端环境提供了宝贵的见解。 深海是地球上最不为人所知的生态系统之一，但它在全球生物多样性和地球碳循环中发挥着至关重要的作用。 了解像鮟鱇鱼这样的生物如何在这样的环境中茁壮成长，有助于科学家预测生命如何应对环境变化，包括气候变化引起的环境变化。

此外，这项研究还涉及更广泛的宏观进化问题：新物种是如何产生、适应和多样化的。 研究表明，即使是资源匮乏的环境也能促进显著的进化辐射，从而挑战了传统智慧，为研究极端栖息地的进化开辟了新途径。

编译自/ScitechDaily